혈흔을 감지할 때 쓰이는 루미놀(luminol), 어떻게 그렇게 밝게 검출할까? 양자수득률로 비교해보기

 

이제는 많은 범죄수사 드라마, 영화등을 통해서 알려진 혈흔 검출용 형광체 luminol. 아주 미량의 혈흔도 검출할 수 있기에 이용되는 정도로 알려져있다.

루미놀의 구조

간단히 설명하자면, 루미놀 분자는 산화제와 만나 급격한 산화반응을 일으키면서 분자의 구조를 바꾸게 되는데, 이 과정에서 강한 형광이 나타나게 된다. 그래서 실험실에서는 과산화수소(H2O2, hydrogen peroxide) 와 같은 산화제를 사용하지만, 범죄 현장에선 피가 그 역할을 담당한다.

사람의 피에는 헤모글로빈이라는 붉은색을 띠는 단백질이 있는데, 이것을 자세히 들여다 보면, 산소를 운반하기 위한 철을 가진 착물 (heme 이라고 불린다)이 중심에 위치해있다. 여기의 철 원자가 루미놀을 산화시키는 역할을 하게 되는 것이다. 위와 같은 루미놀 분자가 산화제와 만나면 여러 과정을 통해 우측의 질소 두 원자가 떨어져 나가게 되는 구조 변화를 겪는다. (자세한 설명)

조금 더 깊게 들어가보자. 루미놀은 운이 좋게도 산화제와 반응해서 형광을 내뿜는 일종의 지시약, indicator로써 활용될 수 있다는 것을 알게 되었다. 하지만 이 루미놀 분자가 형광을 약하게 뿜었다면, 민감도(sensitivity)가 적어서 피를 잘 검출하지 못했을 수 있을까? 이런 생각에서 루미놀의 형광은 어느정도로 밝은 것일까 하는 의문이 생길 수 있겠다. 이 포스팅에선 양자수득률의 관점에서 루미놀을 살펴볼까 한다.

우리는 보통 형광체(fluorophore)를 평가할 때 사용하는 중요한 인자의 하나로 양자수득률, quantum yield 를 사용한다. 양자수득률은 쏘아준 광자와 형광으로 방출된 광자의 비를 측정하는데, 이를테면, 100개의 광자를 형광체에 쏘았을 때, 100개가 다시 광자로 내뿜어져 나왔을 때 양자 수득률을 100/100 = 1 (100 %) 로 계산한다. 즉 1에 가까울수록 밝아진다는 의미라고 할 수 있겠다. 이는 같은 빛의 세기를 쪼였을 때, 나타나는 밝기가 차이가 날 수 있음을 의미하므로, 형광체를 사용하는 많은 연구들에서 양자수득률 또한 중요한 체크포인트라고 할 수 있겠다.

그러면 루미놀의 양자 수득률은 얼마나 될까? 자그마치 0.81, 81% 의 양자 수득률을 보인다 (J. of Luminescence 1971, 4, 81-88). 이 수치가 와닿지 않는다면 아래 흔히 다른 형광체와의 QY 비교를 위해서 쓰이는 표준 형광체 (standard fluorophore)의 QY와 함께 비교해보자.

http://www.iss.com/resources/reference/data_tables/FL_QuantumYieldStandards.html

각자 최대 QY가 나오는 조건도 다를 뿐더러, 표준이라고 알려진 형광체들 조차도 80을 상회하는 것은 몇가지 되지 않는다. 이 와중에 범죄 현장에서 유용하게 쓰일 수 있는 루미놀이 QY 81%라는 경이로운 수치를 보인다는 것은 정말로 굉장한 우연이 아닐 수 없겠다. 실험의 조건에서는 물론 H2O2를 사용했을 때 나타난 것이지만, 범죄현장에서도 산화제만 다를 뿐 산화반응을 통해 나타나는 반응이므로 그만큼의 높은 밝기를 보였으리라 생각할 수 있겠다.

물론 루미놀의 단점도 있다. 이것이 매우 민감한 물질이라는 것이 양날의 검이 되어서 돌아오게 되는 것인데, 워낙 미량의 산화제에도 반응하다보니 다른 산화제 역할을 할 수 있는 구리 함유 화합물이나 표백제등에 의해서도 비슷한 결과가 나타날 수 있다는 점이다. 그래서 중요한 역할을 하지만 그만큼 신중하게 사용해서 증거 여부를 가려질 수 있게끔 사용되어야 하겠다.