Исследование типичной хемилюминесцентной системы с помощью оптического датчика

Хемолюминесценция (ХЛ)- это процесс излучения квантов света, образующимися в ходе химической реакции электронно-возбужденными соединениями эмиттерами ХЛ. Наиболее типичная хемилюминесцентныя система: реакция окисления люминола перекисью водорода в щелочной среде, которая и является объектом нашего исследования.

Интерес данного исследования включает в себя множество факторов: во-первых, создание новых химических источников света (используется для развлечения, для питания химических лазеров, как аварийный источник света), во-вторых, изучение и измерение хемолюминесценции как средство диагностики. По интенсивности хемолюминесценции можно выполнять некоторые виды химического анализа, следить за скоростью и направлением химических реакций, в-третьих, одним из направлений в данной области также является исследование хемолюминесценции в биологических процессах, так называемая биолюминесценция. Она может относиться к биологическим препаратам, живым организмам.

Выбор данной системы объектом исследования обусловлен тем, что это довольно известная хемилюминесцентная система, которая широко применяется, как тэс - система для обнаружения некоторых веществ в первую очередь аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Также выбор наших основных объектов (хемолюминесценции с образованием синглетного кислорода и других модельных хемолюминесцентных систем) основывался на том, что он предоставляет дополнительную возможность направленно влиять на время жизни и состояние активных интермедиатов и тем самым, к примеру, значительно сократить потери эффективности хемолюминесценции за счет короткого времени жизни электронновозбужденных состояний. Поэтому в реакции люминола с пероксидом водорода ключевую роль играет синглетный кислород.

Механизм данной реакции очень сложен и до конца не выяснен. В некоторых источниках предполагается, что в данной реакции выделяется азот, существуют предположения о выделении кислорода, но в каком виде не известно.

Рисунок 1. Реакция хемилюминесценции люминола – перекиси водорода.

В ходе ряда исследований реакции люминола в щелочи с перекисью водорода воспроизводимый отклик на внесение модельного катализатора (K3[Fe(CN)6]) отсутствовал. Однако выяснено, что при появлении крупных пузырьков газа воспроизводимость существенно улучшается.

Однако через некоторое время, когда пузыри становятся крупными воспроизводимость существенно улучшается. Для того чтобы понять происходящий процесс, мы исследовали систему с помощью оптического кислородомера и попытались определить природу выделяемого газа и изучить процесс смешения реагентов.

Для проверки гипотезы о выделении кислорода мы использовали сравнительно новый метод детектирования, основанный на оптическом измерении. Использование традиционных кислородомеров типа электрода Кларка затрудненно, из-за электрохимической активности перекиси водорода.

Измерения концентрации кислорода (рис. 2) проводили в герметичной кювете через прозрачную стенку. Систему продували инертным газом: перед смешением его пропускали непосредственно через оба раствора, затем смешивали, и через некоторое время оставляли лишь ток газа над раствором. На рис. 2 видно, что до и после смешения реагентов концентрация кислорода практически нулевая, из-за продолжающейся продувки, но почти сразу после прекращения продувки раствора наблюдается скачок концентрации кислорода, хотя его доступ извне блокирован подачей инертного газа, т.е. гипотеза о выделении кислорода возможна, но в каком виде не известно.

Время, с

Рисунок 2. Зависимость концентрации кислорода от времени при смешении реагентов: люминол в щелочи и перекись водорода