Chemolumineszenz
Englisch: chemiluminescence
Definition
Die Chemolumineszenz ist ein Lichtphänomen, das im Rahmen einer chemischen Reaktion auftritt. Ein Teil der bei der Reaktion frei werdenden Energie wird in Form von sichtbarem Licht, UV-Strahlung oder Infrarot-Strahlung emittiert.
Die Fähigkeit einiger Tierarten, Licht zu erzeugen, ist ein Spezialfall von Chemolumineszenz und wird als Biolumineszenz bezeichnet.
Chemie
Die Emission von Licht bei der Chemilumineszenz entsteht durch den Übergang eines Elektrons aus einem angeregten Zustand in einen energetisch niedrigeren Zustand, meist den Grundzustand. Anders als bei der Fluoreszenz wird dieser angeregte Zustand bei der Chemilumineszenz nicht durch eingestrahltes Licht, sondern durch eine chemische Reaktion erreicht.
Die Ausgangsstoffe für chemische Reaktionen, bei denen es zu einer Chemilumineszenz kommt, bezeichnet man als Luminophore. Das bekannteste Luminophor ist Luminol (3-Aminophthalsäurehydrazid).
Luminol wird in der Gegenwart von Eisenionen durch Wasserstoffperoxid (H2O2) in einen angeregten Zustand überführt. Da dieser energetisch ungünstig ist, geht die Substanz sofort wieder in den energieärmeren Grundzustand über - die dabei freiwerdende Energie wird als Licht emittiert. Dieser Umstand wird z.B. in der Kriminalistik genutzt. Befindet sich z.B. eisenhaltiges Blut an der untersuchten Stelle, leuchtet Luminol.
Luminol-Reaktion
- Schritt 1 - Oxidation: Luminol wird durch Wasserstoffperoxid zum Peroxidanion oxidiert
- Schritt 2 - Abspaltung von Stickstoff: Das instabile Peroxidanion zerfällt in Stickstoff und in ein Carboxylat-Ion. Da die Abspaltung von Stickstoff exergonisch verläuft, befindet sich das Carboxylat-Ion im angeregten Zustand (gekennzeichnet durch *).
- Schritt 3 - Rückfall auf den Grundzustand: Da der angeregte Zustand für das Carboxylat-Ion energetisch ungünstig ist, fällt es auf den Grundzustand zurück. Dabei wird Energie frei, die als Licht emittiert wird.