Solvent effects on chemiluminescence from the hydrogen peroxide-lucigenin reaction: Kinetics of light emission in mixed polar solvents

Summary

The effect of reaction media composition on reaction kinetics was studied for the reaction of lucigenin (10,10′-dimethyl-9,9′-biacridinium nitrate) with hydrogen peroxide and alkali. Chemiluminescent emission as well as lucigenin disappearance were recorded in mixtures of water with the co-solvents methanol, ethanol, 1-propanol, dimethylsulfoxide, and dimethylformamide. The kinetic results (base and peroxide concentration influence on the reaction rate and the relative chemiluminescence yield) are very similar in all the reaction media, suggesting that the fundamental step in the disappearance of lucigenin and in light emission decay is HO ⁻₂ addition to lucigenin. Lucigenin can also disappear through dark reactions with OH⁻ or H₂O₂. The co-solvent acts as a catalyst for the reaction with HO ⁻₂ and increases both the initial chemiluminescence intensity and the decay rate constant.

Zusammenfassung

Es wurde der Einfluß der Zusammensetzung des Reaktionsmediums auf die Kinetik der Reaktion von Lucigenin (10,10′-dimethyl-9,9′-biacridiniumnitrat) mit Wasserstoffperoxid und Alkali untersucht. Die Emission der Chemilumineszenz und das Verschwinden von Lucigenin wurde in Mischungen von Wasser mit den Kosolventien Methanol, Ethanol, 1-Propanol, Dimethylsufoxid und Dimethylformamid gemessen. Die kinetischen Resultate (Einfluß der Basen- und Peroxid-Konzentration auf die Reaktionsgeschwindigkeit und die relative Chemilumineszenzausbeute) sind für alle Reaktionsmedien sehr ähnlich; das legt den Schluß nahe, daß der grundlegende Schritt im Verbrauch des Lucigenin unter Lichtemission die Addition von HO ⁻₂ an Lucigenin ist. Lucigenin kann auch über Dunkelreaktionen mit OH⁻ oder H₂O₂ verschwinden. Das Kosolvens agiert als Katalysator für die Rekation mit HO ⁻₂ und erhöht sowohl die anfängliche Chemilumineszenzintensität als auch die Zerfallsgeschwindigkeitskonstante.