Izvorni kôd stranice Hemiluminiscencija

{{Distinguish|Fluorescencija}}
[[slika:Chemoluminescent reaction.jpg|thumb|right|Hemoluminiscentna reakcija u [[Erlenmeyerova tikvica|Erlenmeyerovoj tikvici]]]]
'''Hemiluminiscencija''' (također '''hemoluminiscencija''') je emisija svjetlosti ([[luminiscencija]]) kao rezultat određene [[hemijska reakcija|hemijske reakcije]]. Također može postojati ograničena emisija toplote. S obzirom na [[reaktant]]e '''A''' i '''B''', s pobuđenim [[reaktivni intermedijar|međuproduktom]] '''◊''',
:['''A'''] + ['''B'''] → ['''◊'''] → [[proizvod (biohemija)|produkti]] + [[svjetlost]]

Naprimjer, ako je [A] [[luminol]], a [B] [[vodik-peroksid]] u prisustvu odgovarajućeg [[katalizator]]a imamo:
:<chem>\underset{luminol}{C8H7N3O2} + \underset{vodik\ perpksid}{H2O2} -> 3-APA[\lozenge] -> {3-APA} + svjetlost</chem>

gdje:

* 3-APA = [[3-aminoftalat]]
* 3-APA['''◊'''] = [[vibronska spektroskopija|vibronski]] pobuđeno stanje koje fluorescira dok se raspada na niži energetski nivo.

==Opći opis==
Raspad ovog pobuđenog stanja['''◊'''] na niži energetski nivo uzrokuje emisiju svjetlosti.<ref>{{cite journal|last1=Vacher|first1=Morgane|last2=Fdez. Galván|first2=Ignacio|last3=Ding|first3=Bo-Wen|last4=Schramm|first4=Stefan|last5=Berraud-Pache|first5=Romain|last6=Naumov|first6=Panče|last7=Ferré|first7=Nicolas|last8=Liu|first8=Ya-Jun|last9=Navizet|first9=Isabelle|last10=Roca-Sanjuán|first10=Daniel|last11=Baader|first11=Wilhelm J.|last12=Lindh|first12=Roland|title=Chemi- and Bioluminescence of Cyclic Peroxides|journal=Chemical Reviews|volume=118|issue=15|pages=6927–6974|date=mart 2018|doi=10.1021/acs.chemrev.7b00649|pmid=29493234}}</ref> U teoriji, jedan [[foton]] svjetlosti bi trebao biti ispušten za svaku molekulu [[reaktant]]a. Ovo je ekvivalentno [[Avogadrova konstanta|Avogadrovom broju]] fotona po molu reaktanta. U stvarnoj praksi, ne[[enzim]]ske reakcije rijetko prelaze 1% Q<sub>C</sub> [[kvantna efikasnost|kvantne efikasnosti]].

U [[hemijska reakcija|hemijskoj reakciji]], reaktanti se sudaraju da bi formirali [[prijelazno stanje]], [[Entalpija|entalpik]], maksimum u dijagramu koordinata reakcije, koji nastavlja do proizvoda. Normalno, reaktanti formiraju [[proizvod (biohemija)|proizvode]] manje hemijske energije. Razlika u energiji između reaktanata i proizvoda, predstavljena kao <math>\Delta H_{rxn}</math> pretvara se u toplotu, fizički se realizuje kao [[Pobuđeno stanje|pobuda]] u [[Molekularna vibracija|vibraciono stanje]] normalnih modova proizvoda. Pošto je energija vibracije općenito mnogo veća od termičke agitacije, ona se brzo raspršuje u [[rastvarač]]u putem molekulske rotacije. Ovako [[egzotermnost|egzotermne]] reakcije čine svoje rastvore toplijim. U hemiluminiscentnoj reakciji, direktni proizvod reakcije je pobuđeno [[elektronsko stanje]]. Ovo stanje se zatim raspada u elektronsko [[osnovno stanje]] i emituje [[svjetlost]] ili kroz [[pravilo odabira|dozvoljeni prijelaz]] (analogno [[fluorescencija|fluorescenciji]]) ili zabranjeni prijelaz (analogno [[fosforescencija|fosforescenciji]]), djelimično u zavisnosti od [[Spin (fizika)|spinskog stanja]] formiranog elektronskog pobuđenog stanja.

Hemiluminiscencija se razlikuje od [[fluorescencija|fluorescencije]] ili [[fosforescencija|fosforescencije]] po tome što je elektronsko pobuđeno stanje proizvod hemijske reakcije, a ne [[apsorpcija (elektromagnetno zračenje)|apsorpcije fotona]]. To je antiteza [[fotohemija|fotohemijske]] reakcije, u kojoj se svjetlost koristi za pokretanje endotermne hemijske reakcije. Ovdje se svjetlost „generira“ iz hemijske egzotermne reakcije. Hemiluminiscencija može biti izazvana i elektrohemijskim stimulusom, kada se naziva [[elektrohemiluminiscencija]].
[[File:Lampyris Noctiluca (firefly) mating.gif|thumb|right|[[Bioluminescencija]] u prirodi: mužjak krijesnice (svjetlaca) koji se pari sa ženkom vrste ''[[Lampyris noctiluca]]''.]]

Prvi hemiluminiscentni spoj koji je otkriven 1877. bio je 2,4,5-trifenilimidazol (lofin), za koji je objavljeno da emituje svetlost kada se pomiješa sa kalij-hidroksidom u vodenom etanolu u prisustvu zraka.<ref>{{Cite journal|last=Radziszewski|first=B. R.|date=1877|title=Untersuchungen über Hydrobenzamid, Amarin und Lophin|url=http://doi.wiley.com/10.1002/cber.18770100122|journal=Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft|language=de|volume=10|issue=1|pages=70–75|doi=10.1002/cber.18770100122}}</ref>  Standardni primjer hemiluminiscencije u laboratorijskim uvjetima je [[luminol]]ski test. Ovdje je [[krv]] označena [[luminoiscencija|luminiscencijom]] nakon kontakta sa [[gvožđe]]m u [[hemoglobin]]u. Kada se hemiluminiscencija odvija u živim organizmima, taj se fenomen naziva [[bioluminiscencija]]. [[Svjetlosni štap]] emituje svetlost hemiluminiscencijom.

== Reakcije tečne faze ==
Hemiluminiscencija u vodenom sistemu uglavnom je uzrokovana [[redoks]] reakcijama.<ref>{{cite journal|last1=Shah|first1=Syed Niaz Ali|last2=Lin|first2=Jin-Ming|title=Recent advances in chemiluminescence based on carbonaceous dots|journal=Advances in Colloid and Interface Science|volume=241|pages=24–36|doi=10.1016/j.cis.2017.01.003|pmid=28139217|year=2017}}</ref>
[[Slika:Chemiluminescence.jpg|thumb| Hemiluminiscencija nakon reakcije [[vodik-peroksid]]a i [[luminol]]a]]
* [[Luminol]] u [[alkal]]noom rastvoru  sa [[vodik-peroksid]]om u prisustvu gvožđa  ili [[bakar|bakra]],<ref name=luminol1>{{cite web | title=Luminol chemistry laboratory demonstration | url=http://www.3rd1000.com/labs/lumine.htm | access-date=29. 3. 2006 | archive-date=20. 12. 2017 | archive-url=https://web.archive.org/web/20171220120733/http://www.3rd1000.com/labs/lumine.htm | url-status=dead }}</ref> ili pomoćni [[oksidans]],<ref name=luminol2>{{cite web|title=Investigating luminol |work=Salters Advanced Chemistry |url=http://www.york.ac.uk/org/seg/salters/chemistry/ResourceSheets/luminol.PDF |access-date=29. 3. 2006 |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20040920053056/http://www.york.ac.uk/org/seg/salters/chemistry/ResourceSheets/luminol.PDF |archive-date=20. 9. 2004 }}</ref> proizvodi hemiluminiscenciju. Reakcija luminola je
:<chem>\underset{luminol}{C8H7N3O2} + \underset{vodik\ peroksid}{H2O2} -> 3-APA[\lozenge] -> {3-APA} + svjetlost</chem>

==Plinska faza reakcija ==
[[Slika:Knicklichter.jpg|thumb| Zeleni i plavi [[svjetleći štapić]]i]]
* Jedna od najstarijih poznatih hemiluminiscentnih reakcija je reakcija elementarnog bijelog [[fosfor]]a koji oksidira u vlažnom zraku, stvarajući zeleni sjaj. Ovo je reakcija u gasnoj fazi fosforne pare, iznad čvrste materije, sa kisikom koji proizvodi pobuđena stanja (PO)<sub>2</sub> i HPO.<ref name=Rauhut>Rauhut, Michael M. (1985), Chemiluminescence. In Grayson, Martin (Ed) (1985). ''Kirk-Othmer Concise Encyclopedia of Chemical Technology'' (3rd ed), pp 247 John Wiley and Sons. {{ISBN|0-471-51700-3}}</ref>
* Druga reakcija u plinskoj fazi je osnova detekcije [[dušik-oksid]]a u komercijalnim analitičkim instrumentima koji se primenjuju na ispitivanje kvaliteta zraka u životnoj sredini. [[Ozon]] se kombinuje sa [[dušik-oksid]]om da bi se formirao [[dušik-dioksid]] u aktiviranom stanju.
:NO+O<sub>3</sub>  → NO<sub>2</sub>['''◊''']+ O<sub>2</sub>

: Aktivirani NO<sub>2</sub>['''◊'''] luminescira širokopojasno vidljivi infracrvenu svjetlost dok se vraća u stanje niže energije. [[Fotomultiplikator]] i povezana elektronika broje fotone koji su proporcionalni količini prisutnog NO. Da bi se odredila količina [[dušik-dioksid]]a, NO<sub>2</sub>, u uzorku (koji ne sadrži NO) mora se prvo pretvoriti u dušik-oksid, NO, propuštanjem uzorka kroz pretvarač prije reakcije iznad primjenjuje se reakcija aktivacije ozona. Reakcija ozona proizvodi broj fotona proporcionalan NO koji je proporcionalan NO<sub>2</sub> prije nego što je pretvoren u NO. U slučaju miješanog uzorka koji sadrži i NO i NO<sub>2</sub>, gornja reakcija daje količinu NO i NO<sub>2</sub> kombinovane u uzorku zraka, pod pretpostavkom da je uzorak prolazi kroz pretvarač. Ako se miješani uzorak ne prođe kroz konvertor, reakcija ozona proizvodi aktivirani NO<sub>2</sub>['''◊'''] samo proporcionalno NO u uzorku. NO<sub>2</sub> u uzorku nije aktiviran reakcijom ozona. Iako je neaktivirani NO<sub>2</sub> prisutan sa aktiviranim NO<sub>2</sub>['''◊'''], [[foton]]e emituju samo aktivirane vrste koje su proporcionalne originalnom NO. Završni korak: Oduzme se NE od (NO + NO<sub>2</sub>) da se dobije NO<sub>2</sub><ref>[http://www.fannation.com/blogs/post/300795 Air Zoom | Glowing with Pride] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140612041554/http://www.fannation.com/blogs/post/300795 |date=12. 6. 2014 }}. Fannation.com. Retrieved on 2011-11-22.</ref>

== Infracrvena hemiluminiscencija ==
U [[hemijska kinetika|hemijskoj kinetici]], ''infracrvena hemiluminiscencija'' (IRCL) odnosi se na emisiju infracrvenih fotona iz vibraciono pobuđenih molekula proizvoda, neposredno nakon njihovog formiranja. Intenzitet infracrvenih emisijskih linija iz vibracijski pobuđenih molekula koristi se za mjerenje populacija vibracijskih stanja molekula proizvoda.<ref>Atkins P. and de Paula J. ''Physical Chemistry'' (8th ed., W.H.Freeman 2006) p.886  {{ISBN|0-7167-8759-8}}</ref><ref>Steinfeld J.I., Francisco J.S. and Hase W.L. ''Chemical Kinetics and Dynamics'' (2nd ed., Prentice-Hall 1998) p.263  {{ISBN|0-13-737123-3}}</ref>

Promatranje IRCL-a je kao kinetičku tehniku razvio [[John Polanyi]], koji ju je koristio za proučavanje [[Površina potencijalne energije|privlačne ili odbojne prirode]] [[površina potencijalne energije|površine potencijalne energije]] za reakcije u plinskoj fazi. Općenito, IRCL je mnogo intenzivniji za reakcije s atraktivnom površinom, što ukazuje da ova vrsta površine dovodi do taloženja energije u vibracijskoj pobudi. Suprotno tome, reakcije sa odbojnom površinom potencijalne energije dovode do malog IRCL-a, što ukazuje da se energija prvenstveno deponuje kao translacijska energija.<ref>Atkins P. and de Paula J. p.889-890</ref>

== Pojačana hemiluminiscencija ==
Pojačana hemiluminiscencija (ECL) je uobičajena tehnika za različite testove detekcije u biologiji. Enzim [[HRP|hrenska peroksidaza]] (HRP) vezan je za [[antitijelo]] koje specifično prepoznaje molekule od interesa. Ovaj enzimski kompleks zatim katalizira konverziju poboljšanog hemiluminiscentnog supstrata u senzibilizirani reagens u blizini molekula od interesa, koji na daljoj [[oksidacija|oksidaciji]] pomoću [[vodik-peroksid]]a, proizvodi tripletno (pobuđen) [[karbonil]], koji emituje svjetlost kada se raspadne na singlet karbonil. Poboljšana hemiluminiscencija omogućava detekciju sitnih količina biomolekula. Proteini se mogu otkriti do femtomol količina,<ref>[http://www.biocompare.com/review/887/SuperSignal(r)-West-Femto-Maximum-Sensitivity-Substrate-From-Pierce.html Enhanced CL review]. Biocompare.com (2007-06-04). Retrieved on 2011-11-22.</ref><ref>[http://www.haemoscan.com/high-intensity-hrp-chemiluminescence-elisa-substrate/4045/ High Intensity HRP-Chemiluminescence ELISA Substrate] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160408065334/http://www.haemoscan.com/high-intensity-hrp-chemiluminescence-elisa-substrate/4045/ |date=8. 4. 2016 }}. Haemoscan.com (2016-02-11). Retrieved on 2016-03-29.</ref> znatno ispod granice detekcije za većinu sistema za analizu.

== Aplikacije ==
* Analiza plina: za određivanje malih količina nečistoća ili otrova u zraku. Ovim metodom mogu se odrediti i drugi spojevi ([[ozon]], N-oksidi, S-jedinjenja). Tipski primjer je određivanje NO sa granicama detekcije do 1 ppb. Visokospecijalizirani detektori hemiluminiscencije nedavno su korišteni za određivanje koncentracija kao i fluksova [[NOx]] s granicama detekcije od čak 5 ppt.<ref>{{Cite web |url=http://www.ecophysics-us.com/wp-content/uploads/pdf/atmospheric/790sr_us.pdf |title=ECOPHYSICS CLD790SR2 NO/NO2 analyser |access-date=30. 4. 2015 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160304134912/http://www.ecophysics-us.com/wp-content/uploads/pdf/atmospheric/790sr_us.pdf |archive-date=4. 3. 2016 |url-status=dead }}</ref><ref>Stella, P., Kortner, M., Ammann, C., Foken, T., Meixner, F. X., and Trebs, I.: Measurements of nitrogen oxides and ozone fluxes by eddy covariance at a meadow: evidence for an internal leaf resistance to NO2, Biogeosciences, 10, 5997-6017, {{doi|10.5194/bg-10-5997-2013}}, 2013.</ref><ref>Tsokankunku, Anywhere: Fluxes of the NO-O3-NO2 triad above a spruce forest canopy in south-eastern Germany. Bayreuth, 2014 . - XII, 184 P. ( Doctoral thesis, 2014, University of Bayreuth, Faculty of Biology, Chemistry and Earth Sciences) [https://epub.uni-bayreuth.de/1887/1/Tsokankunku_PhDThesis_UBT_biblio.pdf]</ref>
* Analiza neorganskih vrsta u tečnoj fazi
* Analiza organskih vrsta: korisna sa [[enzim]]ima, gde supstrat nije direktno uključen u reakciju hemiluminiscencije, ali je proizvod
* Detekcija i analiza biomolekula u sistemima kao što su [[ELISA]] i [[Western blot]]ovi
* [[DNK sekvenciranje]] korištenjem [[pirosekvenca|pirosekvenci]]
* Rasvjetni objekti. [[Vrste zmajeva|Hemiluminiscencijski zmajevi]],<ref>Kinn, John J "Chemiluminescent kite" {{US patent|4715564}}issued 12/29/1987</ref> emergency lighting, glow sticks<ref>{{Cite journal|title = The Chemistry of Lightsticks: Demonstrations To Illustrate Chemical Processes|journal = Journal of Chemical Education|date = 12. 6. 2012|issn = 0021-9584|pages = 910–916|volume = 89|issue = 7|doi = 10.1021/ed200328d|first1 = Thomas Scott|last1 = Kuntzleman|first2 = Kristen|last2 = Rohrer|first3 = Emeric|last3 = Schultz|bibcode = 2012JChEd..89..910K }}</ref> (dekoracije za zabavu).
* Analiza sagorijevanja: Određene radikalne vrste (kao što su CH* i OH*) emituju zračenje na određenim talasnim dužinama. Brzina oslobađanja toplote izračunava se mjerenjem količine svjetlosti koja zrači iz plamena na tim talasnim dužinama.<ref>[http://soliton.ae.gatech.edu/people/jseitzma/AIAA-2008-0953.pdf '''Chemiluminescence as a Combustion Diagnostic'''] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110302092556/http://soliton.ae.gatech.edu/people/jseitzma/AIAA-2008-0953.pdf |date=2. 3. 2011 }} Venkata Nori and Jerry Seitzman - AIAA - 2008</ref>
* Dječije igračke.
* [[Svjetleći štapić]]i.

== Biološke primjene ==
[[Forenzička genetika|Forenzičari]] su primijenili hemiluminiscenciju za rješavanje zločina. U ovom slučaju koriste luminol i vodik-peroksid. Gvožđe iz krvi deluje kao [[katalizator]] i reaguje sa luminolom i vodik-peroksidom i proizvodi plavo svetlo u trajanju od oko 30 sekundi. Budući da je za hemiluminiscenciju potrebna samo mala količina gvožđa, dovoljne su količine krvi u tragovima.

U biomedicinskim istraživanjima, protein koji [[svjetlac]]ima daje njihov sjaj i njegov kofaktor, [[luciferin]], koriste se za proizvodnju crvene svjetlosti kroz potrošnju [[ATP]]-a. Ova reakcija koristi se u mnogim aplikacijama, uključujući efikasnost lijekova protiv raka koji guše dotok krvi tumora. Ovaj oblik [[bioluminiscencija|bioluminiscencije]] snimanja omogućava da jeftino testiranje lijekova u pretkliničkim fazama.
Drugi protein, [[ekvorin]], koji se nalazi u određenim [[meduza]]ma, proizvodi plavo svjetlo u prisustvu [[kalcij]]a. Može se koristiti u molekulskoj biologiji za procjenu nivoa kalcija u ćelijama. Ono što je zajedničko ovim biološkim reakcijama je njihova upotreba [[adenozin-trifosfat]]a (ATP) kao izvora energije. Iako je struktura molekula koje proizvode luminescenciju različita za svaku vrstu, oni su dobili generički naziv luciferin. Luciferin svjetlaca može se oksidirati kako bi se dobio pobuđeni kompleks. Jednom kada se vrati u osnovno stanje, oslobađa se foton. Vrlo je slična reakciji s luminolom.
:<chem>Luciferin{} + O2{} + ATP ->[\text{Luciferaza}] Oksiluciferin{} + CO2{} + AMP{} + PPi{} + svjetlost</chem>
Mnogi organizmi su evoluirali da proizvode svjetlost u nizu boja. Na molekulskom nivou, razlika u boji proizlazi iz stepena konjugacije molekula, kada [[elektron]] padne iz pobuđenog u osnovno stanje. Dubokomorski organizmi su evoluirali da proizvode svjetlost kako bi namamili i uhvatili plijen, kao kamuflažu ili privukli druge. Neke [[bakterije]] čak koriste bioluminiscenciju za komunikaciju. Uobičajene boje za svjetlost koju emituju ove životinje su plava i zelena, jer imaju kraću talasnu dužinu od crvene i lakše se prenose u vodi.

U aprilu 2020., istraživači su izvijestili da su [[GMO|genetički modificirane]] biljke sjajile mnogo svjetlije nego što je ranije bilo moguće umetanjem gena [[Lista bioluminiscentnih vrsta gljiva|bioluminiscentne gljive]] vrste ''[[Neonothopanus nambi]] ''. Sjaj je samoodrživ, djeluje tako što pretvara biljnu [[kafeinska kiselina|kafeinsku kiselinu]] u luciferin i, za razliku od ranije korištenih gena za bioluminiscenciju bakterija, ima relativno visok izlaz svjetlosti koji je vidljiv golim okom.<ref>{{cite news |title=Sustainable light achieved in living plants |url=https://phys.org/news/2020-04-sustainable.html |access-date=18. 5. 2020 |work=phys.org |language=en}}</ref><ref>{{cite news |title=Scientists use mushroom DNA to produce permanently-glowing plants |url=https://newatlas.com/biology/mushroom-dna-glowing-plants/ |access-date=18. 5. 2020 |work=New Atlas |date=28. 4. 2020}}</ref><ref>{{cite news |title=Scientists create glowing plants using mushroom genes |url=https://www.theguardian.com/science/2020/apr/27/scientists-create-glowing-plants-using-mushroom-genes |access-date=18. 5. 2020 |work=the Guardian |date=27. 4. 2020 |language=en}}</ref><ref>{{cite journal |last1=Mitiouchkina |first1=Tatiana |last2=Mishin |first2=Alexander S. |last3=Somermeyer |first3=Louisa Gonzalez |last4=Markina |first4=Nadezhda M. |last5=Chepurnyh |first5=Tatiana V. |last6=Guglya |first6=Elena B. |last7=Karataeva |first7=Tatiana A. |last8=Palkina |first8=Kseniia A. |last9=Shakhova |first9=Ekaterina S. |last10=Fakhranurova |first10=Liliia I. |last11=Chekova |first11=Sofia V. |last12=Tsarkova |first12=Aleksandra S. |last13=Golubev |first13=Yaroslav V. |last14=Negrebetsky |first14=Vadim V. |last15=Dolgushin |first15=Sergey A. |last16=Shalaev |first16=Pavel V. |last17=Shlykov |first17=Dmitry |last18=Melnik |first18=Olesya A. |last19=Shipunova |first19=Victoria O. |last20=Deyev |first20=Sergey M. |last21=Bubyrev |first21=Andrey I. |last22=Pushin |first22=Alexander S. |last23=Choob |first23=Vladimir V. |last24=Dolgov |first24=Sergey V. |last25=Kondrashov |first25=Fyodor A. |last26=Yampolsky |first26=Ilia V. |last27=Sarkisyan |first27=Karen S. |title=Plants with genetically encoded autoluminescence |journal=Nature Biotechnology |date=27. 4. 2020 |volume=38 |issue=8 |pages=944–946 |doi=10.1038/s41587-020-0500-9 |pmid=32341562 |s2cid=216559981 |url= |language=en |issn=1546-1696|pmc=7610436 }}</ref>

Hemiluminiscencija se razlikuje od [[fluorescencije]]. Stoga primjena fluorescentnih proteina kao što je [[zeleni fluorescentni protein]] nije biološka primjena hemiluminiscencije.

== Također pogledajte==
* [[Elektrohemiluminiscencija]]
* [[Lista izvora svjetlosti]]
* [[Lioluminiscencija]]
* [[Bioluminiscencija]]

== Reference ==
{{Reflist}}

==Vanjski linkovi==
{{Izvori vještačke svjetlosti}}

{{Authority control}}

[[Kategorija:Hemiluminiscencija| ]]
[[Kategorija:Luminescencija]]
[[Kategorija:Emisiona spektroskopija]]