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Luminol: uso, reação, mecanismos, luz, ondas e fótons.
Tipologia: Notas de estudo
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Representação esquemática da hemoglobina, importante proteína do sangue que contém em seu interior átomos de Fe no grupamento heme, mostrado em destaque. (Fonte: CHEMELLO, 2007).
Cientistas como Newton, Maxwell, Rutherford, Planck, Bohr e Einstein há muito tentaram compreender os mecanismos das cores e das luzes a partir tanto de experimentos quanto de cálculos e teorias. Bohr, por exemplo, em 1913 unificou e aprimorou as ideias de Planck e Rutherford, formulando os seus postulados:
- Nos átomos os elétrons orbitam em um número específico de camadas ao redor do núcleo. - Nessas camadas, chamadas órbitas estacionárias, eles não absorvem ou emitem energia. - No entanto, o elétron ao receber ou emitir uma quantidade específica de energia, representada pelo fóton, um "pacote" sem massa com uma quantidade definida de energia, consegue "saltar" entre as camadas.
O fenômeno se dá quando ao receber energia (seja ela térmica, elétrica ou luminosa) o elétron salta de uma órbita mais interna para uma mais externa, com a tendência de retornar à camada original, devolvendo a mesma quantidade de energia (fótons). Embora esses fótons sejam tradicionalmente associados a luz, além dela também podem se formar radiação ultravioleta ou raios X, por exemplo, que nada mais são do que ondas eletromagnéticas. Essas ondas são formadas pela sucessão de fótons provenientes dos milhões de saltos repetidos por segundo. Portanto, como o fóton é uma partícula física, mas
possui comportamento ondulatório, isso confere à luz o seu comportamento dual: onda- partícula (energia e matéria).
(Fonte: FELTRE, 2004).
Verifica-se também que cada pacote específico de energia garante uma "passagem" específica entre as camadas, assim, se da camada 1 o elétron vai para a camada 4 a energia recebida é diferente da quantidade que ele precisaria para ir para a camada 2 ou 3, e assim sucessivamente. Como a energia do retorno é igual forma-se uma sucessão de fótons, ou seja, uma onda também específica (na verdade, uma onda com um comprimento de onda específico).
(Fonte: FELTRE, 2004).
Como qualquer onda, a luz emitida possui características como frequência, velocidade e comprimento, são essas as características que são enviadas aos nossos olhos, captadas pelas células, transmitidas por impulsos elétricos e interpretadas no cérebro (o que por si só já é outro processo fotoquímico). A luz emitida pelo luminol, por exemplo, possui um comprimento de onda entre 430 e 455 nm, o que, no espectro contínuo, a situa na luz
tornando-se instáveis. Para se estabilizar, estes compostos tendem a liberar a energia sobressalente sob a forma de fótons, que como visto anteriormente, formam uma onda eletromagnética interpretada como luz.
Nem todas as etapas da reação de luminescência do luminol estão totalmente elucidadas até hoje, principalmente no que se refere aos compostos intermediários, pois dependem do modo como a reação é efetuada e dos diversos reagentes que podem ser utilizados um no lugar do outro. O modelo mecanístico mais usual sugere que a reação se dá quando o luminol interage com o peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ) na presença de uma base forte. Ambos peróxido e base já se encontram na solução comercialmente utilizada, mas a reação só ocorre da forma esperada quando catalisada por outras substâncias específicas, no caso das ciências forenses, o principal reativo é o grupo heme do sangue que contém ferro (ALBERTIN, 1998).
É importante lembrar que a reação é bem sensível, ou seja, são necessárias mínimas quantidades de sangue para que ocorra e que vários catalisadores podem atuar além do sangue (como o Cu2+, Co2+^ ou Fe3+), gerando um resultado falso-positivo para este fluido. O conjunto, em ambiente escuro o suficiente para ser detectado luminesce azul; É o que se retrata na reação a seguir:
NH 2
NH
NH
O
O
OH-
NH 2
N-
N-
O
O
NH 2
N
N
O-
O-
NH 2
N
N
O-
O-
H 2 O 2
NH 2 O
O
O- O -
emissão de fóton
NH 2
O-
O-
O
O Estado tripleto Estado singleto
(1) (2)
(3) (4)
Ocorre que em solução alcalina (1) o luminol tem a tendência a se equilibrar com seus ânions tautômeros (2) , nas formas cetol (quando as cargas se encontram nos átomos de nitrogênio) e enol (quando as cargas estão nos átomos de oxigênio).
A forma enol reage facilmente com oxigênio molecular (O 2 ) que surge pela decomposição natural do H 2 O 2 já presente no meio (3) , decomposição esta que é catalisada pelo ferro do sangue. Desta reação surge o ânion 3-aminoftalato, um peróxido cíclico (ou endoperóxido) muito instável, já que possui muita energia, sendo que ao se degradar libera uma molécula de N 2 e um fóton de luz (4) , na tentativa de se estabilizar. Essa forma menos
energética do 3-aminoftalato é justamente menos energética porque grande parte da energia saiu na forma de radiação luminosa, ou seja, de luz.
Também podem substituir o H 2 O 2 , ânions como o hipoclorito (ClO-1), o permanganato (MnO 4 -1) ou o dicromato (Cr 2 O 7 -2) por exemplo, que atuam como agentes oxidantes, atacando o luminol da mesma forma. É importante lembrar, que como grande parte das reações quimiluminescentes, a reação de oxidação do luminol é rápida, mas o tempo de emissão da radiação luminosa é bastante curto.
Outro modo, relativamente mais simples, de como a reação pode ocorrer é descrito pela seguinte reação:
(Fonte: Adaptado de FERREIRA & ROSSI, 2002).
Em meio aquoso (1) , um metal de transição age como catalisador, convertendo o luminol a uma diazoquinona (2). Esta diazoquinona reage com o peróxido de hidrogênio hidrolisado, ou seja, com seu ânion HO 2 1-, formando um endoperóxido reativo e instável (3) , que para se estabilizar se quebra em uma molécula de N 2 e em um ânion excitado de 3- aminoftalato (4). A ocorrência de luz se dá quando o elétron excitado do 3-aminoftalato retorna ao seu estado natural, emitindo luz (5).
A diferença entre os dois compostos (estado energizado e estado fundamental) pode ser expressa pelo diagrama a seguir, onde a diferença entre um e outro é justamente a energia emitida na forma de luz:
A exposição do resíduo hemático a fatores ambientais pode influenciar os resultados dos testes. Vestígios enterrados, submersos em água, ou com o decorrer do tempo, podem fazer com que esses testes já não apresentem a eficácia inicialmente esperada, porém sua efetividade ainda é alta, tornando-o o reagente indicado para testar amostras envelhecidas ou em mau estado de conservação.
Estudos apontam sua capacidade de detectar traços de sangue depositado no solo após seis anos de exposição ao ar livre. O experimento foi iniciado no ano de 2004, foi marcado um X com sangue no chão, deixado sob as condições locais e testado com luminol a cada dois meses para verificar o tempo de permanência de vestígios; e finalizado em 2010 quando ainda era possível perceber traços hemáticos no local com a aplicação do reagente.
A aplicação da quimiluminescência na criminalística vem ganhando popularidade, com a divulgação da mídia, no jornalismo informativo e seriados policiais televisivos de grande sucesso, que destacam a utilização do reagente luminol para a comprovação da presença de sangue no local do crime, nas supostas armas utilizadas para cometê-los, roupas de pessoas suspeitas, entre diversos outros itens relacionados ao fato delitivo, mesmo depois de limpos e lavados.
Manchas de sangue são de extrema importância em uma investigação criminal: pode-se averiguar se o volume de sangue encontrado é compatível com o ferimento e até verificar a presença ou dosagem de drogas. Para que isso seja possível, é necessário certificar-se de que tais manchas encontradas tratam-se realmente de sangue através de testes, são os chamados testes de presunção. Para que tais testes sejam considerados bons, devem englobar propriedades como rapidez, segurança, sensibilidade e especificidade, além de não reagir com a amostra e terminar por contaminá-la, interferindo em posteriores análises, como a de DNA.
Uma das maiores preocupações é que o material estudado danifique sua estrutura e prejudique análises laboratoriais, como a extração de DNA, que é de extrema importância para a atividade pericial. Alguns estudos foram realizados utilizando vários tipos de reagentes utilizados em testes presuntivos, com a intenção de verificar uma possível interferência do luminol em posteriores extrações e amplificações de DNA. O experimento foi conduzido com tecidos brancos de algodão manchados de sangue seco a temperatura
ambiente. Os tecidos foram lavados com detergente padrão em lavadora, a 30ºC e secos ao ar livre. Uma das amostras foi testada com luminol e outra foi armazenada para realizar as amplificações de DNA por PCR. O tecido testado com luminol foi lavado, seco e testado com o reagente novamente até que se obtivesse um resultado negativo para a luminescência, o que só ocorreu após a décima primeira lavagem. Após cada lavagem foi realizada a extração de DNA, cuja resposta foi ainda positiva até a terceira lavagem. Essa pesquisa indicou que não existem diferenças entre os resultados de amplificação das amostras sem o tratamento prévio com o luminol e aquelas que foram testadas com o reagente, o que comprova que o luminol não interfere na análise de DNA por PCR.
A partir dos anos 90 houve grande interesse por parte da mídia em promover séries, programas e filmes voltados à polícia criminal (como CSI , Cold Case , Law & Order entre outros) assim como suas características, a realidade do seu dia-a-dia, seus métodos periciais e o uso das ciências forenses, atraindo com sucesso a atenção de grande público no mundo todo. Muitos profissionais, principalmente educadores, já perceberam como esse chamariz pode ser útil na aprendizagem de várias áreas da ciência para públicos de diversas idades, desde o ensino médio até a graduação.
Dentro da vasta química forense, o luminol especificamente pode ser utilizado como forma de estímulo ao ensino desde noções básicas sobre a radiação na forma de luz, excitação química, comportamento dos elétrons, ondulatória e catálise de reações até uma pequena introdução à física quântica, o estudo sobre a energia e os fótons ou mesmo sobre uma avaliação crítica dos métodos científicos, ou seja, até onde se pode presumir algo com um determinado teste, suas consequências e implicações.
Fora do âmbito educacional vale ressaltar que o luminol e o estudo da quimiluminescência em geral são úteis não só na resolução de crimes, mas vêm encontrando utilidade em muitas outras áreas importantes, como a química analítica, por exemplo.
Com o trabalho pudemos verificar a eficiência do luminol na investigação criminal e o seu mecanismo de ação. Através de diversas pesquisas constatamos que ele consegue detectar concentrações extremamente pequenas de sangue em diversas superfícies, mesmo depois de diversas lavagens e após anos expostos a fatores ambientais.
Foi questionada a sua eficiência, pois ele possuía algumas limitações, como por exemplo, reagir com o hipoclorito encontrado nos alvejantes domésticos, com o ferro e outros minerais de algumas superfícies metálicas e algumas enzimas naturais dos vegetais, emitindo luz após a reação como o luminol. Porém, observamos algumas pesquisas, onde ficou claro que essas limitações não atrapalham o andamento da investigação, uma vez que o comprimento de onda da luz gerada é diferente da do sangue, e também técnicas que foram elaboradas e eliminam essas interferências, tornando o luminol muito eficiente.
