Měření Emisí Chemiluminiscence: Princip a Aplikace

23.03.2026

Chemiluminiscence je jev, kdy dochází v důsledku chemické reakce k emisi studeného světla. Během chemiluminiscenční reakce vzniká z reaktantů reakční intermediát, který se nachází v energeticky bohatém, excitovaném stavu. Následný přechod této excitované molekuly do základního stavu je doprovázen vyzářením kvanta světelné energie.

Detailněji, látka A a B spolu reagují za vzniku produktů C* a D, z nichž produkt C* se nachází v excitovaném nebo jinak energeticky bohatém stavu. Produkt nebo přechodný intermediát C* se své přebytečné energie může zbavit vícero pochody:

neproduktivní nezářivé přechody za vzniku tepla (nežádoucí proces)
přímá deexcitace C* zářivým přechodem za emise světla charakteristické pro C*
nepřímá deexcitace C* zářivým přechodem - C* svojí přebytečnou energii předá vhodné molekule fluoroforu, která ji dokáže pojmout a následně vyzářit.

Jak již bylo v úvodu zmíněno, nejznámější a první zdokumentovaný příklad chemiluminiscence, kterou cíleně vyvolal člověk, byl objev elementárního fosforu hamburským alchymistou H. Brandem. Dnešní chemie zná celou řadu příkladů chemických reakcí, které poskytují chemiluminiscenci. Patří sem oxidace luminolu peroxidem vodíku, oxidace siloxenů, redukce RuIII komplexů tetrahydridoboritanovým aniontem, oxidace lofinu, lucigeninu, oxidace pyrogalolu peroxidem vodíku v přítomnosti formaldehydu, chemiluminiscence singletového kyslíku, nicméně zřejmě největšího komerčního rozšíření doznaly aktivované fenolické estery kyseliny šťavelové nejšířeji prozkoumané americkým výzkumníkem M. Rauhutem v šedesátých letech dvacátého století. Úspěch reakce esterů kyseliny šťavelové s peroxidem vodíku spočívá ve vysoké účinnosti, poměrně nízké ceně (v porovnání s ostatními systémy) a možnosti získat vhodnou volbou přidaného fluoroforu prakticky jakoukoliv barvu, od modré až po infračervenou.

V literatuře nejznámější příklady fenolických esterů kyseliny šťavelové zahrnují estery nazývané DNPO (bis-(2,4-dinitrofenyl)oxalát) a TCPO (bis-(2,4,6-trichlorofenyl)oxalát). Tyto estery se běžně využívají v analytické chemii; jejich použití pro demonstraci ve školách je však nevhodné, protože jejich rozkladem vznikají silně jedovaté (2,4-dinitrofenol), popřípadě nepříjemně zapáchající fenoly (2,4,6-trichlorofenol).

Peroxid vodíku je bází deprotonován na hydroperoxidový anion. Tento vyniká vyšší reaktivitou než samotný peroxid vodíku. Následně tento hydroperoxidový anion reaguje s DVO, v prvním kroku nastává odštěpení 1 molekuly vanillinu a vzniku polozreagovaného intermediátu Int1, který intramolekulární cyklizací odštěpuje další molekulu vanillinu a vzniká napjatý čtyřčlenný cyklus 1,2-dioxetan-3,4-dion (intermediát Int2). Tato látka je velmi nestabilní, vysoce energeticky bohatá a svoji energii předává molekule barviva, která pak vstupuje do excitovaného stavu a přitom se tento čtyřčlenný cyklus rozpadá na dvě molekuly CO2. Kromě báze, jako např. NaOH (případně octan sodný, octan draselný, apod.), katalyzují reakci i nukleofilní katalyzátory, jako je např. imidazol.

Čtěte také: Jak správně ohlásit emise kotle?

Peroxyoxalátová chemiluminiscenční reakce skýtá mnoho možností pro pedagogické využití. S její pomocí se dá demonstrovat celá řada chemických zákonitostí. Obecně platí, že měření i těch nejmenších množství světla je extrémně citlivé, proto lze pomocí chemiluminiscenčních reakcí měřit i stopová množství chemických látek.

Využívají se v praxi hlavně pro analytické účely. V kriminalistice je známé využití reakce luminolu s peroxidem vodíku, která je katalyzovaná stopovým množstvím železa. Kromě možnosti měřit velmi nízké koncentrace peroxidu vodíku peroxyoxalátovou chemiluminiscencí je známo velké množství jiných reakcí využívaných v analytické chemii. Jeden takový příklad je stanovení obsahu oxidu dusnatého ve vzduchu reakcí s ozonem.

Chemiluminiscence pro Měření NOx

V kontextu kvality ovzduší se pod pojmem oxidy dusíku míní kombinace plynů oxidu dusičitého (NO2) a oxidu dusnatého (NO). Jedná se o znečišťující látky s negativním dopadem na lidské zdraví i na ekosystémy. V zákoně je stanoven imisní limit pro ochranu zdraví i pro ochranu ekosystémů pro oxid dusičitý (NO2).

V současnosti nejpoužívanější metodou pro stanovení koncentrace oxidu dusičitého a oxidu dusnatého u profesionálních přístrojů je tzv. chemiluminiscence, která umožňuje kontinuální měření koncentrací. Chemiluminiscence obecně je vznik světla během chemické reakce, jedná se tedy o přeměnu chemické energie v emisi světla.

V případě stanovování koncentrací oxidu dusnatého (NO) je princip měření založen na jeho reakci s ozonem (O3). Při této reakci vzniká excitovaný oxid dusičitý (NO2*), který následně při návratu do základního (neexcitovaného) stavu vyzařuje světlo. Intenzitu tohoto záření lze měřit a ta je úměrná právě koncentraci oxidu dusnatého.

Čtěte také: Postupy měření emisí 2T

Měření lze rozšířit o stanovení koncentrace NO2 (oxidu dusičitého) pomocí jeho redukce na oxid dusnatý (NO). Následně je opět chemiluminiscencí stanovena koncentrace NO, která nyní odpovídá koncentraci oxidů dusíku (NOX = NO a NO2). Koncentrace NO2 se pak stanoví jako rozdíl mezi koncentrací NOX (NO + NO2) a koncentrací NO.

Vzorek odpadního plynu je odebírán pomocí sondy a dopravován teflonovou hadicí, která je v případě nutnosti vyhřívaná, do jednotky, kde dochází k jeho spálení ve vodíko-kyslíkovém plameni. Vzniklý ionizační proud je měřen a dále zpracován. Z proudu odpadního plynu, vystupujícího ze zařízení, je nerezovou sondou s vytápěnou filtrační hlavicí (keramický filtr pro odstranění pevných částic) a vytápěnou přívodní hadicí kontinuálně odebírán vzorek odpadního plynu. Po odstranění vlhkosti v chladničce plynu je odpadní plyn veden přes oddělovač aerosolu SO3 a konvertor NO2 - NO do vlastního analyzátoru.

Odpadní plyny jsou automaticky odebrané odběrovou sondou s hubicí a s filtrem, který je umístěn uvnitř potrubí, při stejné rychlosti jakou proudí odpadní plyn potrubím (izokinetické podmínky). Toto nastavení probíhá automaticky bez zásahu operátora, čímž je zabezpečena podmínka odběru reprezentativního vzorku plynu s reprezentativní koncentrací prachu. Plyn se potom vede silikonovou hadicí do chladícího zařízení, kde je odstraněna vodní pára ze vzorku. Dále se vzorek vede přes silikagelovou sušící věž, kde dojde k úplnému vysušení plynu. Hodnoty všech měřených veličin (O2, CO a NO) jsou jako průměr za každých 30 s ukládány do paměti analyzátoru.

Naměřené výsledky jsou zobrazovány na LCD displeji.

Chemiluminiscence (CLD) pro měření NOx - referenční metoda.

Čtěte také: LPG emise Zlín a Fryšták

CO2 : 0 - 5 / 10 / 20 obj.

O2 : 0 - 5 / 10 / 25 obj.

tags: #měření #emisí #chemiluminiscence #princip