24.7. Хемилюминесценция

Хемилюминесценцией называют свечение, сопровождающее химические реакции. Наличие такого свечения означает, что энергия, которая выделяется на одной из стадий химического процесса, протекающего в системе, оказывается достаточной для образования одного из продуктов реакции в электронно-возбужденном состоянии (обозначается звездочкой):

А + В  Р* + другие продукты

Р*  Р + h (хемилюминесценция)

Среди огромного разнообразия химических реакций лишь единичные сопровождаются излучением в видимой или ультрафиолетовой областях спектра, которое удается измерить. Наиболее изучены следующие типы процессов, сопровождающихся свечением.

Биолюминесценция — яркое, видимое простым глазом свечение некоторых бактерий, простейших, ракообразных, червей, моллюсков, рыб. Хорошо известна биолюминесценция светляков. Биолюминесценция обусловлена определенными ферментативными реакциями.

Хемилюминесценция в системах, содержащих активные формы кислорода: пероксид водорода, супероксидный и гидроксидный радикалы, синглетный (электронно-возбужденный) кислород.

Хемилюминесценция сопровождает реакции цепного (свободнорадикального, пероксидного) окисления органических соединений. Основной вклад в слабую хемилюминесценцию (раньше ее называли сверхслабым свечением) тканей, гомогенатов, растворов и суспензий полиненасыщенных жирных кислот дает свечение, сопровождающее пероксидное окисление липидов.

Хемилюминесценция при реакциях свободных радикалов, образовавшихся при действии физических факторов подразделяется на следующие виды: радиохемилюминесценция (при воздействии ионизирующего излучения); фотохемилюминесценция (после облучения видимым или УФ-светом); электрохемилюми-несценция (при пропускании электрического тока через растворы); сонолюминесценция (при воздействии ультразвука); триболюминесценция (при перемешивании растворов) и др.

При облучении (или освещении) веществ в твердой фазе (как частный случай — при облучении биологических объектов, суспензий или растворов, замороженных жидким азотом) подвижность свободных радикалов резко ограничивается. Их реакции и сопутствующая хемилюминесценция активируются при нагревании и размягчении среды. Такое свечение называют термолюминесценцией

Измерение характеристик хемилюминесценции — удобный метод контроля за течением химических реакций, сопровождающихся свечением, и, следовательно, может использо­ваться для изучения кинетики и меха­низма реакций. Регистрация хемилюминесценции в ряде случаев является наиболее чувствительным методом обнаружения свободных радикалов.

На рис. 24.13 показана хемилюминесценция плазмы крови при выведении в нее ионов двухвалентного железа. Железо инициирует пероксидное окисление липидов. Кванты хемилюминесценции излучаются триплетными возбужденными кетонами, образующимися при рекомбинации пероксидных свободных радикалов (обозначены жирными точками)

ROO^ +ROО^ + Н⁺  RO* + ROH + О₂,

RO*  RO + h

Хемилюминесценция фагоцитирующих клеток крови при добавлении к ним различных образцов промышленной пыли значительно различается: по характеру кривых свечения клеток можно оценивать токсичность пыли. Токсичная пыль активирует ферментативную систему клеток, вырабатывающую супероксидные и гидроксильные ^ОН радикалы и другие активные формы кислорода. Активность фагоцитирующих клеток также резко меняется при ишемической болезни сердца, инфаркте и других заболеваниях, поэтому хемилюминесценция этих клеток используется как диагностический метод.

15