Weird Science

Chemik na tropie - chemiluminescencja aktywowana krwią

Śledz­two

Zatrzy­majmy się na chwilę przy półce z książk­ami. Bez względu na to, czy lubimy kry­mi­nały, czy też nie, książki Aga­thy Chri­stie są poza wszelką kry­tyką. Nie­o­dża­ło­wany Her­ku­les Poi­rot w jed­nej z nich stwier­dza, że:

Zabój­stwo pozo­staje zabój­stwem bez względu na to, czy je popełn­iono wczo­raj, czy przed sze­s­na­stu laty.

Aga­tha Chri­stie: Pięć małych świ­nek, tłum: Iza­bella Kul­czycka-Dąmb­ska

Nie można odmówić temu racji. Skąd jed­nak możemy wie­dzieć czy w rze­czy­wi­sto­ści doszło do mor­der­stwa, czy dana sytu­a­cja była tylko niesz­częśli­wym wypad­kiem? Wtedy roz­po­czyna się śledz­two…

Jedną z naj­ważn­iej­szych spraw jest stwier­dze­nie obec­no­ści krwi na miej­scu zbrodni, na przed­mio­tach mogących być jej narzędziami, albo nale­żących do podej­rza­nego. Współcze­sny śled­czy ma jed­nak w zana­drzu więcej pomoc­nych metod niż mógłby śnić pocz­ciwy Poi­rot. Jedną z nich jest lumi­ne­scen­cyjne wykry­wa­nie obec­no­ści nawet bar­dzo małych ilo­ści krwi.

Wiele sub­stan­cji wyka­zuje zdol­ność do che­mi­lu­mi­ne­scen­cji, między innymi lucy­fe­ryna z lucy­fe­razą, biały fos­for, sin­gle­towa odmiana tlenu, lofina czy układ piro­ga­lol-for­mal­de­hyd. Naj­sil­niej­szą lumi­ne­scen­cję daje utle­niany w śro­do­wi­sku alka­licz­nym lumi­nol. Świe­ce­nie utle­nia­nego lumi­nolu może być ini­cjo­wane obec­no­ścią krwi; zja­wi­sko to jest wyko­rzy­sty­wane do jej łatwego wykry­wa­nia.

Spójrzmy na widoczny poni­żej, nie­win­nie pre­zen­tu­jący się kawa­łek bibuły:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Papier wygląda na czy­sty; w toku dzi­siej­szego doświad­cze­nia spraw­dzimy czy zostały na nim zosta­wione jakieś ślady krwi.

Czego potrze­bu­jemy?

Musimy zgro­ma­dzić sub­stan­cje z poniższej listy.

Ostrze­że­nie: W tym doświad­cze­niu wyko­rzy­sty­wany jest NaOH, który jest mocną zasadą i ma silne dzia­ła­nie żrące. Per­hy­drol jest także żrący; w zetk­nięciu ze skórą wywo­łuje zmiany mar­twi­cze. Lumi­nol ma dzia­ła­nie aler­go­genne i jest podej­rze­wany o wła­ści­wo­ści rako­twór­cze! Należy bezw­zględ­nie uni­kać zanie­czysz­cze­nia oczu lub skóry! Uży­cie krwi o nie­zna­nym pocho­dze­niu może być źródłem zaka­że­nia pew­nymi cho­ro­bami, należy zacho­wać daleko idącą ostrożn­ość! Konieczne jest sto­so­wa­nie ręka­wic i oku­la­rów och­ron­nych! Autor nie bie­rze jakiej­kol­wiek odpo­wie­dzial­no­ści za wszel­kie mogące pow­stać szkody. Robisz to na wła­sne ryzyko!

3-ami­no­hy­dra­zyd kwasu fta­lo­wego, bar­dziej znany jako lumi­nol, jest nie­stety sto­sun­kowo dro­gim odczyn­ni­kiem. Na szczę­ście jed­nak są potrzebne bar­dzo małe jego ilo­ści, więc nawet pół grama tej sub­stan­cji wystar­czy do prze­pro­wa­dze­nia wielu cie­ka­wych reak­cji. Jego wzór struk­tu­ralny:

Ilustracja

Można go też samemu zsyn­te­zo­wać, lecz wymaga to nieco zachodu. Dla chcącego nie ma nic trud­nego! Dla tych, którzy chcie­liby samo­dziel­nie uzy­skać tę sub­stan­cję, zamiesz­czam opis prze­pro­wa­dzo­nej przeze mnie syn­tezy lumi­nolu. Poni­żej zdjęcie próbki otrzy­ma­nego w ten spo­sób związku, który został wyko­rzy­stany także w tym doświad­cze­niu.

Ilustracja: luminol

luminol

Jeśli posia­damy wszyst­kie potrzebne skład­niki to możemy przy­stąpić do ana­lizy.

Doświad­cze­nie

Musimy przy­go­to­wać odpo­wiedni roz­twór. W 50cm3 wody desty­lo­wa­nej roz­pusz­czamy 1g NaOH, a następ­nie kilka mili­gra­mów lumi­nolu (taka ilość będzie wystar­cza­jąca, nie ma potrzeby sto­so­wać więcej). Lumi­nol sto­sun­kowo opor­nie roz­pusz­cza się w wodzie, dla­tego konieczne jest mie­sza­nie aż do roz­pusz­cze­nia. Dobrym roz­wiąza­niem jest uży­cie mie­sza­dła magne­tycz­nego. Tak przy­go­to­wany roz­twór jest trwały i można go prze­cho­wy­wać.

Następ­nie tniemy ana­li­zo­wany mate­riał na nie­wiel­kie frag­menty:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Na krótko przed ana­lizą należy dodać do roz­tworu 1,5cm3 per­hy­drolu. Do pro­bówki wle­wamy około 5cm3 tak przy­go­to­wa­nego roz­tworu, następ­nie wrzu­camy do niej jeden frag­ment mate­riału i mie­szamy.

W wyniku prze­pro­wa­dzo­nych czyn­no­ści roz­twór zaczyna świe­cić deli­kat­nym, ale wyraźnie widocz­nym świa­tłem o nie­bie­skiej bar­wie.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Ilustracja:

Kliknij aby powiększyć

Lumi­ne­scen­cja dowo­dzi, że na papie­rze znaj­do­wała się rze­czy­wi­ście krew.

Wyja­śnie­nie

Wykry­li­śmy krew na papie­rze. Skąd się ona jed­nak tam wzięła? Nie dowo­dzi to tutaj żad­nej zbrodni, a raczej tego, że nauka musi pociągać za sobą cza­sem pewne ofiary: zra­ni­łem się w trak­cie przy­go­to­wań do innego doświad­cze­nia i już po opa­trze­niu rany oraz usta­niu krwa­wie­nia prze­tar­łem powierzch­nię skóry wyja­ło­wioną bibułką. Nie było widać już nawet śladu krwi, jed­nak jak się oka­zuje, na papie­rze musiała sie osa­dzić bar­dzo mała jej ilość. Opi­sana metoda wykrywa nawet zupełnie nie­wi­doczne dla czło­wieka, a także zesta­rzałe ślady krwi. Jest też rze­czy­wi­ście wyko­rzy­sty­wana w kry­mi­na­li­styce.

Mecha­nizm zacho­dzących pro­ce­sów polega na utle­nia­niu lumi­nolu w śro­do­wi­sku zasa­do­wym za pomocą H2O2 w obec­no­ści kata­li­za­tora. Dokładny opis tego pro­cesu zawar­łem tutaj. Kata­li­za­to­rem reak­cji mogą być związki kom­plek­sowe mie­dzi lub żelaza. W innych doświad­cze­niach jako wyzwa­lacz reak­cji sto­suje się hek­sa­cy­ja­no­że­la­zian(III) potasu K3[Fe(CN)6], lecz jest on z dosyć oczy­wi­stych względów nie­o­becny we krwi. W jaki spo­sób krew kata­li­zuje utle­nia­nie lumi­nolu i jego świe­ce­nie?

Klu­czem jest tu czer­wony barw­nik krwi czyli hemo­glo­bina. Składa się ona z czę­ści białk­o­wej - glo­biny, oraz pro­ste­tycz­nego ele­mentu nie­białk­o­wego, którym jest hem. Część orga­niczna hemu posiada struk­turę ana­lo­giczną do por­fi­ryny. W cząsteczce hemu odpo­wied­nia por­fi­ryna posiada związany kation żelaza (Fe2+ lub Fe3+) przez cztery wiąza­nia żelazo-azot. For­mal­nie dwa z nich to wiąza­nia kowa­len­cyjne, a dwa koor­dy­na­cyjne, choć w rze­czy­wi­sto­ści są one rów­no­cenne. Wzór hemu:

Ilustracja

Hem dzięki związa­nemu kom­plek­sowo żelazu wyka­zuje wła­ści­wo­ści kata­li­tyczne w kie­runku utle­nia­nia lumi­nolu przez H2O2. Dzięki temu emi­sja cha­rak­te­ry­stycz­nego dla tego pro­cesu nie­bie­skiego świa­tła może poma­gać w wykry­wa­niu krwi.

Trzeba zazna­czyć, że podobną reak­cję dają spe­cy­ficzne roślinne enzymy, w szcze­gól­no­ści perok­sy­dazy. Jeśli chcemy wyklu­czyć ich pomyłkę z krwią, to badaną próbkę trzeba pod­grzać na parę minut do tem­pe­ra­tury przy­najm­niej 100°C. Wysoka tem­pe­ra­tura dez­ak­ty­wuje enzymy, dzięki czemu pozo­stała lumi­ne­scen­cja będzie już mogła świad­czyć jedy­nie o obec­no­ści krwi.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Marek Ples

Aa