루미놀 반응의 원리

루미놀 반응이란?

루미놀(luminol, C8H7N3O2)은 범죄 수사에서 혈흔 검사에 사용됩니다. 혈흔의 색은 신선한 때에는 붉은 색을 띠고 있지만 시간이 지남에 따라 갈색으로 변합니다. 그러므로 범행 현장에서 혈흔 같은 것이 발견되었다고 해도, 육안으로는 그것이 혈흔인지 아닌지 판단하기가 어렵습니다. 이떄 사용되어지는 것이 바로 '루미놀 반응'입니다.

루미놀 반응의 발견

1928년에 독일의 화학자 알브레흐트(H. O. Albrecht)는 루미놀에 과산화수소수(H2O2)를 가하면 청백색 빛을 내는 것을 발견하였는데, 이 반응을 일으키기 위해서는 구리나 철 등의 촉매 가 필요하다고 합니다. 1937년에는 독일 법의과학자인 발터 슈펙트(Walter Specht)가 혈액이 이 반응의 촉매가 되는 것을 발견했습니다. 혈흔에 루미놀과 수산화나트륨을 혼합한 알칼리 용액과 과산화수소수의 혼합액을 살포하면 파랗게 빛납니다. 이 반응은 매우 고감도로, 혈액이 수만배 이상으로 희석되어도 일어나기 때문에 범죄 수사에 사용되게 되었습니다.

반응 메커니즘

루미놀과 과산화수소수의 혼합액은 그대로는 반응하지 않지만, 혈액 중의 헤모글로빈에 포함되는 헴(Heme)이라는 철 원자를 가지는 물질이 반응을 촉진시키는 촉매의 역할을 하여 루미놀 반응이 일어나게 됩니다. 우선 촉매에 의해 과산화수소가 분해되어 활성산소가 생기게 됩니다. 활성산소는 매우 불안정하며 물질을 산화시키는 성질이 있습니다. 활성산소가 루미놀과 반응하면 3-아미노프탈산이 됩니다.

루미놀 반응의 발광 스펙트럼

이때 반응하여 생긴 물질은 에너지가 높은 들뜬 상태가 됩니다. 들뜬 상태가 된 물질은 즉시 에너지가 낮은 바닥 상태로 돌아가려고 합니다. 그 때 들뜬 상태와 바닥 상태의 차이만큼의 에너지를 빛으로 방출합니다. 방출되는 에너지의 크기는 파장 424nm의 청색광의 에너지에 해당하기 때문에, 발광하는 빛의 색은 청색이 된다고 합니다. 이와 같이 화학반응으로 빛이 나오는 현상을 화학발광(Chemiluminescence)이라고 합니다. 화학 반응에 의해 들뜨게된 전자가 바닥 상태로 되돌아갈 때, 에너지를 빛으로서 방출함으로써 발광이 생기는 원리 입니다. 파티나 콘서트에서 사용되고 있는 형광봉(Chemical light)도 화학 발광을 이용한 것입니다. 형광봉은 옥살산디페닐과 과산화수소의 혼합에 의한 화학발광입니다.

루미놀 반응을 통한 검증

인간을 비롯한 많은 동물의 혈액에는 헤모글로빈이 있습니다. 그러므로 루미놀 반응은 인간 이외의 혈액에서도 발생합니다. 그러므로 발견된 혈흔이 인간의 혈액으로부터 유래된 것인지를 확인할 필요가 있습니다. 그 검사를 인혈증명시험이라고 합니다. 인혈증명시험은 인간의 헤모글로빈과 선택적으로 반응하는 효소와 인간의 혈액 중의 단백질과 반응하는 효소를 이용하여 조사하는 분석입니다만, 혈흔의 상태에 의해 분석이 곤란한 경우도 있기 때문에, 다양한 분석이 필요합니다.

루미놀은 혈액 이외에도 반응

루미놀 반응은 산화 반응이기 때문에, 과산화수소수가 아니어도 시판의 표백제 등의 산화제에서도 반응이 일어납니다. 또한 이 반응은 혈액속에 철을 포함한 헴이 촉매가 되어 일어난다고 설명했습니다만, 촉매가 되는 물질은 헴만이 아닙니다. 철 이외에도 구리나 코발트 등의 금속 원소를 포함하는 물질 등도 촉매가 될 수 있습니다만, 반드시 금속 원소만이 촉매가 되는 것도 아닙니다. 과산화수소를 분해하는 촉매라면 어느 것이든 상관 없을 것 입니다. 예를 들어 무에는 퍼옥시다제(peroxidase)라는 과산화효소가 포함되어 있는데, 퍼옥시다제는 과산화수소를 분해시켜 물질의 산화 반응을 촉진하는 촉매가 되는 효소입니다. 퍼옥시다제는 무 뿐만 아니라 겨자무나 오이를 비롯한 여러 식물에 포함되어 있으며, 식품 첨가물로도 사용되고 있습니다. 그러므로 루미놀과 과산화수소수의 혼합 용액을 퍼옥시다제를 포함하는 물질에 접촉시키면 푸른 빛을 발광하게 됩니다. 따라서 과학수사에서는 진행되는 루미놀 반응 시험은 어디까지나 추정입니다. 발광한 것을 즉시 혈흔으로 단정할 수 없습니다. 그것이 혈액인지 아닌지, 혈액형은 무엇인가 등의 추가 검사가 국립과학수사연구원 같은 곳에서 행해집니다.