圖片：豬血所產生的魯米諾化學發光反應
作者：嚴融怡
魯米諾（Luminol, C8H7N3O2）又稱為光靈敏、發光胺、流明諾或3-胺基鄰苯二甲醯肼，IUPAC命名為5–氨基–2,3–二氫萘–1,4–二酮(5-Amino-2,3-dihydro-1,4-phthalazinedione)，是通用的發光化學檢測試劑，與適當的氧化劑混合可反應發出明顯的藍色螢光。它是白色至淡黃色的晶體粉末，可溶於大多數有機極性溶劑，但不溶於水。
圖片：福昇化工公司所販售的魯米諾試劑粉末。
魯米諾在生物學上可運用來檢測細胞中的特定的銅、鐵及氰化物是否存在。『魯米諾化學發光反應(Chemiluminescence of Luminol)』則是刑事鑑定人員與法醫檢測犯罪現場的血跡所經常使用的化學方法之一。一般最常見的血跡簡易檢測試劑，便是混合魯米諾、氫氧化鈉與過氧化氫的黃色混合溶液在噴霧瓶待用。如果魯米諾溶液要較長時間擺放，會建議先不要混入過氧化氫。因為一但加入過氧化氫，接下來便是要開始做檢測了。當魯米諾溶解在氫氧化鈉強鹼中會反應生成二價離子團，再與過氧化氫混合後，如果遭遇到血液，過氧化氫便會和血紅素中帶有鐵離子的金屬酶反應並生成氧。而魯米諾則會與過氧化氫當中的氧結合成有機的過氧化物。這個有機過氧化物極不穩定，隨即分解產生氮氣、3-氨基苯二甲酸激發態。而激發態釋放能量返回基態時，多餘的能量則會釋放出波長介於450∼475 nm之間藍色螢光。鑑識人員在刑案現場朝向代測物噴灑魯米諾-氫氧化鈉-過氧化氫混合溶液在可能會有血液的地方。便是運用血液中血紅素所含的鐵離子可作為催化劑的原理，只要一有血跡，便可促使魯米諾產生藍色螢光的化學發光反應，並進而運用這項反應來判別血跡的有無，這項反應很靈敏，即便犯人使用清潔劑洗滌過沾有血跡的地板或是沙發等，仍會有微量的血跡可被鑑定出來而發光。而這項反應對於一般生物樣品血紅蛋白中所含的鐵反應也相當專一，筆者曾帶領小學生一起進行相關的實驗，發現其他含有乳鐵蛋白(如某些營養補給品)或是深色蔬果中所同樣含有的其他類型鐵質實際上均不會對魯米諾混合溶液造成作用性的干擾；筆者也曾使用過期受潮變質的氯化第二鐵對魯米諾進行反應，也同樣不會有螢光的效果。可說魯米諾化學發光對於血液的測定具有一定的精準性與專一性。不過魯米諾沒有辦法鑑別哪一種動物的血液，也沒有辦法鑑識出是哪一個特定受害者的血液，這是它的極限，因此常需配合其他更精準的鑑別方式，目前已有方法可以同時運用魯米諾又可抽測DNA。
由於環境化學當中魯米諾也可以用來偵測氰化物，因此赤血鹽是經常被一些化學科普書籍用來取代動物血作為學生實驗測定發光的素材。不過筆者認為只要是氰化物都仍對於中小學生具有一定程度的危險性。因此在中小學STEAM課程、科展實驗或自然科補充實驗上仍建議使用動物血，像是豬血、鴨血或是帶有不少血液的豬肝都是可以運用的素材。並且由於牽涉強鹼與動物性樣品，最好能戴乳膠手套進行實驗的操作。
圖片：豬肝直接噴灑魯米諾混合試劑的螢光呈色情形
以前在學生時代曾有化學老師向筆者陳述魯米諾是從螢光烏賊身上所提取的萃取物，而且需要大批的烏賊才能萃取出來。因此相當昂貴。至於現代的魯米諾則有一些是人工合成，同樣很昂貴。關於這個論點甚至連部分化學行的工程師也都如此相信。但是這一論點其實是錯誤的，魯米諾實際上一開始就是德國化學工作者在1902-1908年之間所合成的人工合成物質，反倒是對於它發光反應機制的研究，在稍晚期一些的生物化學發光研究具有重要的啟發性。不過由於合成魯米諾繁複的程序，加上還會產生大量的無機錫廢料也使得這個藥品仍舊相當昂貴倒是真的。也因此晚近以來也還是有一些生化科技公司以及有機化學公司試圖尋求新的合成方式以申請專利。魯米諾還可以用於檢查某些刑案現場其他反應物的痕跡，用來推測可以產生化學發光反應的做案化學品。甚至其化學發光也可用於檢查空氣樣品或是氣相環境中是否存在某些雜質或異物的痕跡。因此在應用上是十分多元的。
魯米諾的藍色螢光是一種化學發光反應。在許多化學反應中經常會伴隨熱能的釋放或吸取(像是酸鹼反應經常會放熱)。有些化學反應還可以體現於電流的釋放，例如某些電化學反應(像是電池的原理)。然而透過光的釋放並中間並不牽涉熱以及其他能量的釋出，則被稱為化學發光。在多數這類化學反應所釋放的『冷光』常牽涉有機化合物的氧化還原。而氧化劑通常由氧或過氧化氫所充當。當化學發光作用在動物身上時也被稱為生物發光。一些動物物種常利用化學發光作為誘捕獵物的訊號或是作為交配求偶的訊號，著名的螢火蟲、淺海的夜光藻或是某些深海的墨魚和水母等等都是化學發光反應的重要案例。
筆者在對比了幾篇文獻當中的魯米諾用量，後來覺得泰宇文化出版刊物的魯米諾用量最節省，因此在與學生的實驗當中便採用了這個版本的混合試劑。當中包括魯米諾0.05g、氫氧化鈉1.5g、水110ml以及3%過氧化氫1ml。而實際上如果當中濃度或用量有一些小變動是並不會影響發光結果的，像是魯米諾、過氧化氫如過超量或是水稍微減少等等。
實際在法醫學以及環境化學當中針對各類魯米諾檢測法的測定極限以及精準度一直都有科學家在研究，像是S. Paul Hansard與William M. Landing在2009年便曾針對海洋化學當中快速並穩定測定亞鐵離子發展出一套在酸性條件下偵測亞鐵的魯米諾化學發光測定法。並實際運用於日本至加利福尼亞、以及沿152°W 經度從大溪地到阿拉斯加的太平洋共計121個站點所收集的水文化學亞鐵離子測定。不過法醫鑑識科學方面也有人試圖發展取代魯米諾的技術，像是2010年位於哥倫比亞的南加州大學便試圖研發Blood camera，以發射紅外線光來感應，然後藉由特殊的濾鏡的紅外光在感測到待測物中血液蛋白質後會產生不同的波長反應，藉此便可證明是否找到血跡。無論如何，科技日新月異，目前有關海洋生物的化學發光機制與相關的仿生研究仍在持續進行，或許未來也會有更多有趣的化學發光機制被加以應用在生活中的各個層面。
參考文獻與相關閱讀：
1.化學示範實驗：利用魯米諾偵測血液（Using the Luminol Test to Detect Blood）─科學 Online https://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=14833
2.血紅素知多少─淺談血紅素與貧血？ -醫療財團法人台灣血液基金會 http://intra.blood.org.tw/upload/bcfcd5c4-4d2f-48f9-b864-613e82c17b85.pdf
3.有能夠偵測血跡的相機？那魯米諾試劑可以退休了 - Engadget https://chinese.engadget.com/chinese-2010-11-16-researchers-develop-blood-camera-to-spot-crime-scene-stains-in.html
4.找回犯罪現場的血跡 就靠魯米諾！ ─LiFe生活化學 https://www.lifechem.tw/blog/150808
5.馬祖藍眼淚爆量 其實是生態危機？ ─國立海洋生物館 https://www.nmmba.gov.tw/News_Content.aspx?n=FF40572369107C6E&s=7050D6B9D3C731DF
6.陳鴻仁。臺中女中福爾摩斯上法庭化學鑑識─血跡的檢測。龍騰文化網站。 https://www.ltedu.com.tw/Web/Upload/Upload_File/Source13/刊物_化學鑑識－血跡的檢測.pdf
7.蛋白質中的夜明珠–綠色螢光蛋白 ─科技大觀園 https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/C000003/detail?ID=ea0faa82-7838-4a8b-bb01-e59548e8cba8
8.魯米諾 ─維基百科 https://zh.wikipedia.org/wiki/鲁米诺
9.鑑識科學-魯米諾實驗─泰宇文化授課橘網站 https://teach-orange.com/files/shares/plan/鑑識科學-魯米諾2.pdf
10.Determination of iron(II) in acidified seawater samples by luminol chemiluminescence -the American Society of Limnology and Oceanography https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.4319/lom.2009.7.222
11.Stopped flow luminol chemiluminescence determination of Fe(II) and reducible iron in seawater at subnanomolar levels -Marine Chemistry https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/030442039400046Ghttps://chinese.engadget.com/chinese-2010-11-16-researchers-develop-blood-camera-to-spot-crime-scene-stains-in.html
12.Luminol: A Glow-in-the-Dark Reaction - Angelo State University https://www.angelo.edu/faculty/kboudrea/demos/luminol/luminol.htm
13.Luminol -wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Luminol#History
14.Tuning the chemiluminescence of a luminol flow using plasmonic nanoparticles -Light: Science & Applications https://www.nature.com/articles/lsa2016164
15.What is Chemiluminescence?-wisegeek https://www.wise-geek.com/what-is-chemiluminescence.htm
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