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CENTRO EDUCACIONAL DA FUNDAO SALVADOR ARENA

FACULDADE DE TECNOLOGIA TERMOMECNICA

ANTONIO DOMENICO ALVES MONTEIRO n 25

BRUNO PAGANI n 32

TALITHA MELO DOS SANTOS n 26

VTOR TORRES FREIRE n 01

Radiao na forma de luz - Luminol:

Exemplo de quimiluminescncia aplicadas Cincia Forense.

Fsica Aplicada

Prof Thais Cortellini Abraho

ESA 1

So Bernardo do Campo

2012

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SUMRIO

1 INTRODUO 3

2 REVISO DA LITERATURA

2.1 SANGUE 3

2.2 LUZ, ONDAS E FTONS 4

2.3 EXCITAO QUMICA 6

2.4 QUIMILUMINESCNCIA 6

3 LUMINOL

3.1 MECANISMO DE REAO 7

3.2 SENSIBILIDADE E LIMITAES 7

3.3 REALIDADE versus FICO 10

4 CONCLUSO 11

5 REFERNCIAS 12

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1 INTRODUO

O luminol um p de frmula qumica C8H7O2N3 descoberto em 1928. Sua aplicao

mais famosa na resoluo de crimes, como apresentado em seriados famosos como CSI

(Crime Scene Investigation). Nessas sries ele utilizado com frequncia na identificao

de sangue em cenas de crimes, mesmo que os locais, peas ou roupas tivessem sido

lavados posteriormente ao crime. Na televiso tudo parece muito simples e exato: os

criminalistas aspergem a soluo de luminol num local, s vezes aleatrio e esperam um

pouco, se houver a presena desses fluidos mesmo que antigos e apagados as

manchas tornam-se azuis, brilhantes e luminosas, facilitando a identificao exata da cena

do crime, na extrao de DNA e como prova conclusiva da culpa de algum suspeito.

Na realidade, todo o mecanismo bem mais complexo: A soluo de luminol

utilizada na vida real contm tambm uma base forte, como NaOH e gua oxigenada (H2O2).

Essas 3 substncias juntas reagem, formando o nion de um composto chamado 3-

aminoftalato que emite luz naturalmente, no entanto a reao s forte o suficiente se for

catalisada por um metal, no caso, os tomos de ferro encontrados nas protenas do sangue,

da a identificao de manchas de sangue.

A luz emitida porque o 3-aminoftalato produzido inicialmente num estado

excitado, ou seja, por algum motivo estrutural seus eltrons armazenam energia alm do

natural. A tendncia o composto eliminar a energia sobressalente movimentando seus

eltrons para camadas mais internas, ocorre que a cada mudana de orbital um fton (uma

partcula de energia) liberado at que o composto se estabilize. Cada fton de cada

eltron excitado de cada molcula de 3-aminoftalato, em conjunto, formam uma onda com

um comprimento aproximado de 430 nm que aos nossos olhos de um brilho azulado.

2 REVISO DA LITERATURA

2.1 SANGUE

O sangue um tecido vivo e no corpo de um adulto circulam em mdia 5 litros

de sangue, variando de acordo com o peso. O sangue formado por parte lquida

(plasma), constituda por gua, sais, vitaminas, e fatores de coagulao, na qual

esto misturadas as partes slidas: hemcias, leuccitos e plaquetas.

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A hemoglobina um dos mais importantes constituintes do sangue, sendo

uma protena globular, tendo como funo transportar oxignio das hemcias. Sua

constituio possui cerca de 150 aminocidos, alm disso, entre eles h um

heterociclo nitrogenado, chamado heme que possui o on Fe2+. So estes tomos de

ferro que catalisam de forma essencial a reao do luminol com o sangue.

Representao esquemtica da hemoglobina, importante protena do sangue que contm em seu

interior tomos de Fe no grupamento heme, mostrado em destaque. (Fonte: CHEMELLO, 2007).

2.2 LUZ, ONDAS E FTONS

Cientistas como Newton, Maxwell, Rutherford, Planck, Bohr e Einstein h muito

tentaram compreender os mecanismos das cores e das luzes a partir tanto de experimentos

quanto de clculos e teorias. Bohr, por exemplo, em 1913 unificou e aprimorou as ideias de

Planck e Rutherford, formulando os seus postulados:

- Nos tomos os eltrons orbitam em um nmero especfico de camadas ao redor do ncleo.

- Nessas camadas, chamadas rbitas estacionrias, eles no absorvem ou emitem energia.

- No entanto, o eltron ao receber ou emitir uma quantidade especfica de energia,

representada pelo fton, um "pacote" sem massa com uma quantidade definida de energia,

consegue "saltar" entre as camadas.

O fenmeno se d quando ao receber energia (seja ela trmica, eltrica ou luminosa)

o eltron salta de uma rbita mais interna para uma mais externa, com a tendncia de

retornar camada original, devolvendo a mesma quantidade de energia (ftons). Embora

esses ftons sejam tradicionalmente associados a luz, alm dela tambm podem se formar

radiao ultravioleta ou raios X, por exemplo, que nada mais so do que ondas

eletromagnticas. Essas ondas so formadas pela sucesso de ftons provenientes dos

milhes de saltos repetidos por segundo. Portanto, como o fton uma partcula fsica, mas

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possui comportamento ondulatrio, isso confere luz o seu comportamento dual: onda-

partcula (energia e matria).

(Fonte: FELTRE, 2004).

Verifica-se tambm que cada pacote especfico de energia garante uma "passagem"

especfica entre as camadas, assim, se da camada 1 o eltron vai para a camada 4 a

energia recebida diferente da quantidade que ele precisaria para ir para a camada 2 ou 3,

e assim sucessivamente. Como a energia do retorno igual forma-se uma sucesso de

ftons, ou seja, uma onda tambm especfica (na verdade, uma onda com um comprimento

de onda especfico).

(Fonte: FELTRE, 2004).

Como qualquer onda, a luz emitida possui caractersticas como frequncia,

velocidade e comprimento, so essas as caractersticas que so enviadas aos nossos olhos,

captadas pelas clulas, transmitidas por impulsos eltricos e interpretadas no crebro (o que

por si s j outro processo fotoqumico). A luz emitida pelo luminol, por exemplo, possui

um comprimento de onda entre 430 e 455 nm, o que, no espectro contnuo, a situa na luz

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visvel, entre o roxo e o verde, e por isso a enxergamos com uma cor azulada (FELTRE,

2004).

2.3 EXCITAO QUMICA

Sabe-se que cada tomo possui uma eletrosfera com orbitais que s armazenam dois eltrons dentro de si, devendo eles possuir spins (sentidos de rotao) opostos para

que obtenham maior estabilidade. Quando, por algum motivo, como simetria e proximidade

com outros eltrons, os spins de alguns dos muitos eltrons de um tomo possuem o

mesmo sentido de rotao num mesmo orbital, diz-se que os eltrons esto em um "estado

excitado". A tendncia de qualquer eltron sair do estado excitado e retornar ao estado

fundamental, que se d justamente com o intercmbio dos estados singleto e tripleto (spins

emparelhados ou spins paralelos). A mudana de um estado para o outro leva a eliminao

de um quanta de energia, ou seja, um fton (ATKINS & JONES, 2012).

Logo, a luz emitida pelo luminol vm de um processo ligeiramente diferente da

formao de ftons mais comuns, mas segue os mesmos princpios.

A parte da fsica que estuda esses estados a mecnica quntica avanada, e por

isso, costuma-se representar a emisso de luz em uma reao simplesmente por h j

que a energia (E) de uma onda pode ser expressa por:

E = h

Onde h um constante chamada constante de Planck e o seu comprimento de

onda. J os estados excitados so comumente representados por colchetes e um asterisco.

2.4 QUIMILUMINESCNCIA

Por uma comparao simples, podemos dizer que a quimiluminescncia o

resultado oposto a de uma reao fotoqumica: Enquanto nesta a energia de ativao dos

reagentes fornecida pela luz, na reao quimiluminescente ocorre o contrrio, pois o

resultado da reao, junto com os produtos, inclui radiao luminosa, ou seja, luz. O motivo

pelo qual se formam compostos que liberam energia na forma de luz pode ser explicada

desse modo:

Em uma reao quimiluminescente, ocorre uma reao qumica, que

leva produo de uma substncia no estado eletrnico excitado, que,

pelo decaimento para o estado eletrnico fundamental, emite luz.

Analisando simplificadamente, este processo ocorre porque o produto

inicial da reao qumica produzido, preferencialmente, no estado

eletrnico excitado, devido semelhana energtica e geomtrica

entre os nveis eletrnicos do reagente e do produto excitado.

(STEVANI & BAADER, 1999).

Logo, pode-se dizer que por semelhana estrutural e eletrnica com os reagentes,

alguns compostos formados aps certas reaes armazenam energia em excesso,

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tornando-se instveis. Para se estabilizar, estes compostos tendem a liberar a energia

sobressalente sob a forma de ftons, que como visto anteriormente, formam uma onda

eletromagntica interpretada como luz.

3 LUMINOL

3.1 MECANISMO DE REAO

Nem todas as etapas da reao de luminescncia do luminol esto totalmente elucidadas at hoje, principalmente no que se refere aos compostos intermedirios, pois

dependem do modo como a reao efetuada e dos diversos reagentes que podem ser

utilizados um no lugar do outro. O modelo mecanstico mais usual sugere que a reao se

d quando o luminol interage com o perxido de hidrognio (H2O2) na presena de uma

base forte. Ambos perxido e base j se encontram na soluo comercialmente utilizada,

mas a reao s ocorre da forma esperada quando catalisada por outras substncias

especficas, no caso das cincias forenses, o principal reativo o grupo heme do sangue

que contm ferro (ALBERTIN, 1998).

importante lembrar que a reao bem sensvel, ou seja, so necessrias

mnimas quantidades de sangue para que ocorra e que vrios catalisadores podem atuar

alm 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; o

que se retrata na reao a seguir:

NH2

NH

NH

O

O

OH-

NH2

N-

N-

O

O

NH2

N

N

O-

O-

NH2

N

N

O-

O-

H2O2

NH2 O

O

O-

O-

*

+ N2-h

emissode fton

NH2

O-

O-

O

O

Estado tripleto Estado singleto

(1)(2)

(3)

(4)

Ocorre que em soluo alcalina (1) o luminol tem a tendncia a se equilibrar com

seus nions tautmeros (2), nas formas cetol (quando as cargas se encontram nos tomos

de nitrognio) e enol (quando as cargas esto nos tomos de oxignio).

A forma enol reage facilmente com oxignio molecular (O2) que surge pela

decomposio natural do H2O2 j presente no meio (3), decomposio esta que catalisada

pelo ferro do sangue. Desta reao surge o nion 3-aminoftalato, um perxido cclico (ou

endoperxido) muito instvel, j que possui muita energia, sendo que ao se degradar libera

uma molcula de N2 e um fton de luz (4), na tentativa de se estabilizar. Essa forma menos

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energtica do 3-aminoftalato justamente menos energtica porque grande parte da

energia saiu na forma de radiao luminosa, ou seja, de luz.

Tambm podem substituir o H2O2, nions como o hipoclorito (ClO-1), o permanganato

(MnO4-1) ou o dicromato (Cr2O7

-2) por exemplo, que atuam como agentes oxidantes,

atacando o luminol da mesma forma. importante lembrar, que como grande parte das

reaes quimiluminescentes, a reao de oxidao do luminol rpida, mas o tempo de

emisso da radiao luminosa bastante curto.

Outro modo, relativamente mais simples, de como a reao pode ocorrer descrito

pela seguinte reao:

(Fonte: Adaptado de FERREIRA & ROSSI, 2002).

Em meio aquoso (1), um metal de transio age como catalisador, convertendo o

luminol a uma diazoquinona (2). Esta diazoquinona reage com o perxido de hidrognio

hidrolisado, ou seja, com seu nion HO21-, formando um endoperxido reativo e instvel (3),

que para se estabilizar se quebra em uma molcula de N2 e em um nion excitado de 3-

aminoftalato (4). A ocorrncia de luz se d quando o eltron excitado do 3-aminoftalato

retorna ao seu estado natural, emitindo luz (5).

A diferena entre os dois compostos (estado energizado e estado fundamental) pode

ser expressa pelo diagrama a seguir, onde a diferena entre um e outro justamente a

energia emitida na forma de luz:

(2) (1)

(3)

(4)

(5)

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(Fonte: Adaptado de FERREIRA & ROSSI, 2002).

3.2 SENSIBILIDADE E LIMITAES

O luminol capaz de indicar a presena de sangue mesmo em concentraes

extremamente pequenas. Existem estudos que apontam a deteco de sangue em

superfcies submetidas a at dez lavagens, demonstrando o alto grau de sensibilidade do

teste, descrito na literatura como 1:5.000.000 em tecidos de algodo e 1:100.000 em

superfcies no absorventes.

Uma das limitaes que o reagente deve ser preparado no momento da utilizao

e mantido sob refrigerao para preservar suas propriedades e a confiabilidade do teste,

acarretando dificuldade no transporte e aumentando o seu custo.

O luminol pode induzir a resultados falso-positivos com ons metlicos como ferro,

cromo ou cobalto, que catalisam a reao e desencadeiam a emisso de luz, alm de certas

enzimas encontradas naturalmente nos vegetais. O hipoclorito presente na maior parte dos

alvejantes domsticos tambm pode levar produo de resultados positivos ilusrios.

Contudo, pesquisas demonstraram que a luminescncia gerada pelo hipoclorito no possui

o mesmo comprimento de onda (430 3 nm) daquela gerada pelo sangue (455 2 nm),

alm do tempo de durao da emisso de luz e sua forma de extino que no so

compatveis, porque a luminescncia produzida pelo sangue decresce com o passar do

tempo, enquanto a advinda do hipoclorito dissipa-se da superfcie em que se encontra.

necessria muita ateno e experincia ao cientista forense para diferenciar essas

emisses, que se tornam ainda mais semelhantes em fotografias. Existem estudos e

tcnicas para eliminar essas interferncias. Os alvejantes contm estabilizantes volteis que

evaporam, e a luz emitida pelo hipoclorito no interfere aps 8 h da sua aplicao e tambm

por meio da adio de aminas primrias e secundrias ao preparar o reagente, pois elas

inibem a quimiluminescncia causada pelo hipoclorito, porque as aminas reagem com o

hipoclorito, no deixando que o hipoclorito reaja com o luminol. Deve-se ter ateno, pois

aminas tercirias causam o efeito inverso: aumentam a produo da luminescncia.

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A exposio do resduo hemtico a fatores ambientais pode influenciar os resultados

dos testes. Vestgios enterrados, submersos em gua, ou com o decorrer do tempo, podem

fazer com que esses testes j no apresentem a eficcia inicialmente esperada, porm sua

efetividade ainda alta, tornando-o o reagente indicado para testar amostras envelhecidas

ou em mau estado de conservao.

Estudos apontam sua capacidade de detectar traos de sangue depositado no solo

aps seis anos de exposio ao ar livre. O experimento foi iniciado no ano de 2004, foi

marcado um X com sangue no cho, deixado sob as condies locais e testado com luminol

a cada dois meses para verificar o tempo de permanncia de vestgios; e finalizado em 2010

quando ainda era possvel perceber traos hemticos no local com a aplicao do reagente.

3.3 REALIDADE versus FICO

A aplicao da quimiluminescncia na criminalstica vem ganhando popularidade,

com a divulgao da mdia, no jornalismo informativo e seriados policiais televisivos de

grande sucesso, que destacam a utilizao do reagente luminol para a comprovao da

presena de sangue no local do crime, nas supostas armas utilizadas para comet-los,

roupas de pessoas suspeitas, entre diversos outros itens relacionados ao fato delitivo,

mesmo depois de limpos e lavados.

Manchas de sangue so de extrema importncia em uma investigao criminal:

pode-se averiguar se o volume de sangue encontrado compatvel com o ferimento e at

verificar a presena ou dosagem de drogas. Para que isso seja possvel, necessrio

certificar-se de que tais manchas encontradas tratam-se realmente de sangue atravs de

testes, so os chamados testes de presuno. Para que tais testes sejam considerados

bons, devem englobar propriedades como rapidez, segurana, sensibilidade e

especificidade, alm de no reagir com a amostra e terminar por contamin-la, interferindo

em posteriores anlises, como a de DNA.

Uma das maiores preocupaes que o material estudado danifique sua estrutura e

prejudique anlises laboratoriais, como a extrao de DNA, que de extrema importncia

para a atividade pericial. Alguns estudos foram realizados utilizando vrios tipos de

reagentes utilizados em testes presuntivos, com a inteno de verificar uma possvel

interferncia do luminol em posteriores extraes e amplificaes de DNA. O experimento

foi conduzido com tecidos brancos de algodo manchados de sangue seco a temperatura

ambiente. Os tecidos foram lavados com detergente padro em lavadora, a 30C e secos ao

ar livre. Uma das amostras foi testada com luminol e outra foi armazenada para realizar as

amplificaes de DNA por PCR. O tecido testado com luminol foi lavado, seco e testado com

o reagente novamente at que se obtivesse um resultado negativo para a luminescncia, o

que s ocorreu aps a dcima primeira lavagem. Aps cada lavagem foi realizada a

extrao de DNA, cuja resposta foi ainda positiva at a terceira lavagem. Essa pesquisa

indicou que no existem diferenas entre os resultados de amplificao das amostras sem o

tratamento prvio com o luminol e aquelas que foram testadas com o reagente, o que

comprova que o luminol no interfere na anlise de DNA por PCR.

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4 CONCLUSO

A partir dos anos 90 houve grande interesse por parte da mdia em promover sries,

programas e filmes voltados polcia criminal (como CSI, Cold Case, Law & Order entre

outros) assim como suas caractersticas, a realidade do seu dia-a-dia, seus mtodos

periciais e o uso das cincias forenses, atraindo com sucesso a ateno de grande pblico

no mundo todo. Muitos profissionais, principalmente educadores, j perceberam como esse

chamariz pode ser til na aprendizagem de vrias reas da cincia para pblicos de

diversas idades, desde o ensino mdio at a graduao.

Dentro da vasta qumica forense, o luminol especificamente pode ser utilizado como

forma de estmulo ao ensino desde noes bsicas sobre a radiao na forma de luz,

excitao qumica, comportamento dos eltrons, ondulatria e catlise de reaes at uma

pequena introduo fsica quntica, o estudo sobre a energia e os ftons ou mesmo sobre

uma avaliao crtica dos mtodos cientficos, ou seja, at onde se pode presumir algo com

um determinado teste, suas consequncias e implicaes.

Fora do mbito educacional vale ressaltar que o luminol e o estudo da

quimiluminescncia em geral so teis no s na resoluo de crimes, mas vm

encontrando utilidade em muitas outras reas importantes, como a qumica analtica, por

exemplo.

Com o trabalho pudemos verificar a eficincia do luminol na investigao criminal e o

seu mecanismo de ao. Atravs de diversas pesquisas constatamos que ele consegue

detectar concentraes extremamente pequenas de sangue em diversas superfcies,

mesmo depois de diversas lavagens e aps anos expostos a fatores ambientais.

Foi questionada a sua eficincia, pois ele possua algumas limitaes, como por

exemplo, reagir com o hipoclorito encontrado nos alvejantes domsticos, com o ferro e

outros minerais de algumas superfcies metlicas e algumas enzimas naturais dos vegetais,

emitindo luz aps a reao como o luminol. Porm, observamos algumas pesquisas, onde

ficou claro que essas limitaes no atrapalham o andamento da investigao, uma vez que

o comprimento de onda da luz gerada diferente da do sangue, e tambm tcnicas que

foram elaboradas e eliminam essas interferncias, tornando o luminol muito eficiente.

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5 REFERNCIAS

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