化学示範实验:利用鲁米诺侦测血液(Using the Lum

2020-06-19
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前言

鲁米诺化学发光反应是刑事鉴定人员检测血液在犯罪现场的残留痕迹所用的方法之一。在这个示範实验中,混合鲁米诺、过氧化氢和氢氧化钾在喷雾瓶中,喷洒鲁米诺溶液在可能会有血液的地方。由于血液里的血红素含有铁离子可当作催化剂,使鲁米诺发光,因此当鲁米诺喷洒在有血液的地方会放出蓝色萤光。

示範实验影片

请按此连结:利用鲁米诺侦测血液(Using the Luminol Test to Detect Blood),YouTube。

示範步骤

一、示範前準备

1. 取0.2 g的鲁米诺、1.5 g的氢氧化钾和25 mL的蒸馏水倒入一个小烧杯中,再以玻棒均匀搅拌,配置成鲁米诺贮存溶液,如图一的左边小烧杯所示。

化学示範实验:利用鲁米诺侦测血液(Using the Lum

图一  最左边小烧杯内为鲁米诺贮存溶液

2. 取10 mL的鲁米诺贮存溶液和10 mL的过氧化氢溶液(图一的左边和中间小烧杯)倒入一个小烧杯中,以玻棒均匀搅拌(此溶液称为鲁米诺混合溶液)。以漏斗倒入鲁米诺混合溶液到一个喷雾瓶内。

二、正式示範

1. 事先準备好下面的溶液和器材:沾染血液的布料(或卫生纸、面纸),以及含鲁米诺混合溶液的喷雾瓶、铁氰化钾溶液、漂白水。找一间有遮光的教室或暗室,携带这些溶液和器材到你上课的地点。

2. 用磁铁条压一块布料(或一张卫生纸、面纸)在黑板上,用滴管滴数滴的铁氰化钾溶液,如图二所示。然后喷洒鲁米诺混合溶液到布料上,观察产生蓝色萤光的情形,如图三所示。关掉灯光,继续喷洒溶液,观察变化的情形,如图四所示。

化学示範实验:利用鲁米诺侦测血液(Using the Lum

图二 铁氰化钾溶液滴于卫生纸上

化学示範实验:利用鲁米诺侦测血液(Using the Lum

图三 喷洒鲁米诺混合溶液在铁氰化钾溶液上

化学示範实验:利用鲁米诺侦测血液(Using the Lum

图四  在暗房中观察产生蓝色萤光的情形

3. 用磁铁条压一块沾染血液的布料(或一张卫生纸、面纸)在黑板上,如图五所示。关掉灯光,喷洒鲁米诺混合溶液,观察产生蓝色萤光的情形,如图六所示。

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图五  一块沾染血液的卫生纸

化学示範实验:利用鲁米诺侦测血液(Using the Lum

图六  在暗房中观察血液产生蓝色萤光的情形

4. 用磁铁条压面纸(或一张卫生纸、布料)在黑板上,喷洒喷雾罐内溶液到面纸上,如图七所示。关掉灯光,用滴管滴数滴的漂白水,观察产生蓝色萤光的情形,如图八所示。

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图七  滴漂白水在含有鲁米诺混合溶液的卫生纸上

化学示範实验:利用鲁米诺侦测血液(Using the Lum

图八  在暗房中观察漂白水滴在鲁米诺混合溶液的情形

溶液和器材

1. 鲁米诺(Luminol)  0.2 g
2. 2氢氧化钾(Potassium hydroxide)
3. 蒸馏水  25 mL
4. 双氧水(3% H2O2)  10 mL
5. 血液(可用猪牛羊的血水,猪血汤的猪血亦可)  数滴
6. 铁氰化钾(Potassium ferricyanide, K3[Fe(CN)6])溶液  数滴
7. 漂白水(约3-6% 次氯酸钠,sodium hypochlorite (NaClO))  数滴
8. 烧杯(100 mL)  3个
9. 玻棒  1支
10. 漏斗  1个
11. 喷雾瓶  1瓶
12. 滴管  2支
13. 布料、卫生纸或面纸  少许

原理和概念

● 在鲁米诺化学发光的反应中,鲁米诺必须先被氧化剂活化。活化剂通常使用过氧化氢(H2O2)和氢氧化物的混合水溶液。如果碰到含铁化合物会催化过氧化氢,使过氧化氢分解成氧气和水:2H2O2 → O2 + H2O,并且释放大量的能量。

● 在实验室中,所使用的催化剂通常是铁氰化钾K3[Fe(CN)6];在法医检测中,是血红素中的铁离子当作催化剂,而在各种生物系统中的酶也可催化使过氧化氢分解。

● 鲁米诺化学发光的反应过程如下图九所示:鲁米诺(Luminol)与氢氧化物反应而形成双价阴离子(dianion)。再者,过氧化氢分解所产生的氧气(O2)与鲁米诺双价阴离子作用而生成非常不稳定的有机过氧化物(unstable organic peroxide)。有机过氧化物很快地被分解产生氮气(N2)、3-氨基苯二甲酸(3-aminophthalic acid)和激发态的电子(excited state dianion, S1 and S2)。当激发态释放能量回到基态(ground state dianion, S0)时,多余的能量会以光子(hν)形式释放,发出可见的蓝色萤光。

化学示範实验:利用鲁米诺侦测血液(Using the Lum

图九  鲁米诺化学发光反应过程
图片来源:Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Luminol

● 鲁米诺化学发光法检测血液,是根据在硷性的双氧水中的血红蛋白里的过氧化物之活性。然而,这个检测是受遭到强氧化剂(如漂白水中的次氯酸钠),某些过渡金属离子(如铜离子),和真正的过氧化物酶的干扰。这些化学物质的存在犯案发现场会影响血液测试,需要使用不同测试血液痕迹的方法。

教学提示

1. 示範这个实验,教师应事先配製鲁米诺和过氧化氢的混合溶液,并倒入喷雾瓶中备用;沾染催化剂(例如:血液)的布料、卫生纸或面纸也应事先準备好。强烈建议:使用的布料颜色与催化剂颜色相近,如此一来,原本看不出任何端倪的布料、卫生纸或面纸在混合液反应后,产生的化学发光才能製造出惊奇的效果。

2. 在示範这个实验时,在光线明亮处较不易观察到发光现象,建议关掉所有照明,拉上窗帘,以便更清楚的观察到发光现象。

3. 虽然这是一个化学示範实验,教师也可以改成有趣的化学实验,让学生亲自动手做。建议教师可以準备多种不同的化合物,让学生测试鲁米诺和过氧化氢的混合溶液与哪些化合物反应会产生发光现象。

4. 以喷雾罐喷洒时,需注意桌面、衣物等物体表面,鲁米诺溶液对它们是有害的。勿饮用鲁米诺溶液,亦勿碰触皮肤或眼睛。

5. 提醒示範者:现场演示示範实验所展现的变化现象的临场感,以及激发互动讨论的教学效果,比单纯的播放影片好很多。

6. 这个示範实验剩余的溶液可用合适的塑胶瓶装妥并盖紧,其他的溶液和器材可重複使用,最好装在一个标示「利用鲁米诺检测血液」或放在相似主题的置物箱中备用,方便带到教室上课。

问题和参考答案

1. 为何鲁米诺和过氧化氢的混合溶液与血液反应后会发光呢?
答:鲁米诺与氢氧化物反应而形成双价阴离子。再者,过氧化氢分解所产生的氧气与鲁米诺双价阴离子作用而生成非常不稳定的有机过氧化物。有机过氧化物很快地被分解产生氮气和3-氨基苯二甲酸与激发态的电子。当激发态释放能量回到基态时,多余的能量会以光子形式释放,发出可见的蓝光。

2. 鲁米诺化学发光反应中所产生的发光现象为何只能持续数十秒,而不能永久发光呢?
答:发光是因为激发态的电子跃迁回基态时,多余的能量以光子形式释放,而发出可见的蓝光。若所有电子都已经由激发态跃迁回基态,没有多余的能量产生,就不会发出可见的蓝光了。

安全

● 示範这个实验必须戴安全眼镜及可丢弃的手套。
● 示範这个实验实行适当的风险评估是老师的责任。

参考资料

1. Luminol, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Luminol.
2. Luminol Chemiluminescence Test for Blood, About.com, http://chemistry.about.com/od/gl … /a/luminolblood.htm.
3. Crime Scene Chemistry-The Cool Blue Light of Luminol, http://www.sciencebuddies.org/sc … eas/Chem_p078.shtml.
4. Luminol – Chemiluminescent Blood Detector, http://www.suite101.com/content/chemiluminescent-luminol-a38625.
5. Blood Detection on a Shoe using Fluorescein, YouTube, http://www.youtube.com/watch?v=hYl8YwOdr8Q.

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