第三章 染料的颜色和结构
《生物实验技术》第三章 染色、染料与染色剂

第三章
第三节 染色剂的配方与应用
一、细胞核染料与配方
例:
1. 硼砂洋红(Grenacher's)(葛莱那息尔氏)
洋红
2g
4%硼砂水溶液 100ml
70% 酒精 100ml
• 切片(染5-10min) • 一般动植物(如原生动物,腔肠
动物,扁型动物等)的整体染色
• 昆虫、寄生虫染色
2. 醋酸洋红液(Schneider's) (施尼得氏)
洋红 4~5g 冰醋酸 45ml 蒸馏水 55ml
• 适合于新鲜细胞学材料快速观察,速 染新鲜细胞的染色体。
如:无脊椎动物的精巢、卵细胞、 上皮组织等的中心体和染色体;
植物的根尖细胞及花药等
日 本 小 帘 蛤 肠 道 内 涡 虫
图示洋红染色
洋红染轮虫 醋酸洋红染阔叶葱花粉囊分裂细胞
第三章
第三节 染色剂的配方与应用
显示DNA(Feulgen反应)和多糖类(PAS 反应) 。 缺点是容易褪色。
第三章
第三节 染色剂的配方与应用
一、细胞核染料与配方
6.甲基绿(甲烷绿、甲绿)Methyl green
常用以染染色体。与吡罗红Pyronin(又叫派若宁、焦 宁)合用显示DNA、RNA。
7. 美兰(亚甲兰、次甲基兰、甲烯兰)
(2)吸收作用(absorption)(溶液学说 )
组织吸收染料作牢固的结合,染料均匀地分布于组织中,叫吸 收。组织的着色与溶液的颜色相同。如:品红
(3)吸附作用(adsorption)
吸附作用是固体物质的特性,它能从周围溶液中吸住一些细小 的物质微粒,吸附作用只发生在两相界面上。可解释鉴别染色
(4)沉淀作用
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染料化学1-new

染料化学第一节.染料概述染料是使纤维或其他基质染成鲜明而坚牢色泽的有机化和物。
作为染料除了具有鲜明的色泽外,还须能溶于水或借助于化学方法使之溶于水及制成分散液,在染色时舍染液而上染纤维,上染后具有一定的坚牢度,即在后加工或服用过程中保持不褪色。
有一部分有色物质(包括有机物和无机物),不溶于水和一般有机溶剂,但也能上染纤维,他们往往借助于某些高分子物(粘合剂)将悬浮状态的颜料细小颗粒粘在纤维表面,这种有色物质称为颜料,颜料主要用于油漆、油墨、橡胶、塑料以及合成纤维原液着色。
染料一般具有以下特点:①.有鲜艳的色泽②.能溶于水或通过其他化学方法能够均匀的分散在染色介质中。
②.与纤维有一定的亲和力,可以舍染液而上染纤维。
④.有一定牢度,在织物服用过程中不掉色,不退色。
第二节.发色理论1.光与色光是一种客观存在的电磁波,色是一种人脑主观的反映。
只有光入射的眼睛里面,大脑才能产生颜色的概念。
可见光的波长范围大约为400nm~760nm,从波长760nm~400nm的光依次就是红成黄绿蓝靛紫。
物体之所以有颜色,是因为它对可见光的某一或某一段波长发生了选择性吸收,反射或透射出来的就是剩余色光的复合光,表现为其吸收光的补色。
关于补色可以用一个色环来表示,每种光的对角就是它的补光。
2.色彩的属性色彩具有三个属性:①色相(Hue),表示色的特质,是区别色彩的必要名称,例如红色,蓝色等。
它与色彩的强弱,明暗没有关系,只是纯粹表示色的相貌差异。
其本质是光的某一段波长。
②明度(Value),表示色彩的强度,即色光的明暗度。
不同的色光,反射的光亮强弱不一,因而产生不同程度的明暗。
其本质是光波的波幅大小。
③彩度(Chroma),表示色的纯度,即色的饱和度,具体来说就是色光汇总含有白或黑的成分多少。
3.拼色日常生活中见到的大多是复合光,在印染加工中一般也要用两种或以上的染料拼混配色,以获得规定的色泽,颜色的混合有三种方法:加法、减法和平均法。
染料的结构与颜色

(CH3)2N
H
N(CH3)2
C
孔雀绿隐色体(无色)
2019年9月18日
二、量子理论 1、光的量子理论 光是电磁波,具有波动性和微粒性(波粒两象性)。 光是由无数个具有不同能量的光量子组成的,光量子的
一、发色团和助色团理论 1、发色团 有色物质有颜色的原因是其分子结构中带有一些不饱和
基团。这些基团称为发色团。如:-N=N-、>C=C<、 -N=O、-NO2、>C=O等。 有机物质要有颜色,发色团必须连在足够长的共轭体系 上,或者有几个发色团连成共轭体系。
含有发色团的分子共轭体系称为发色体。
λ max
λ
2019年9月18日
吸 收 带 : 有 机 有 ε
色 物 质 对 光 的 吸 εmax
收有一宽的区域,
形成一个吸收峰,
称为吸收谱带,
简称吸收带。
λmax
λ
第一吸收带:波长最长的吸收带。
2019年9月18日
最大吸收波长:每一吸收 ε 带都有一个与最高摩尔吸 εmax
光度ε对应的波长,称为
浓
淡
2019年9月18λ日
Logε
3、颜色的鲜艳度: 在吸收光谱上,吸收峰既高又窄,说明物质分子对可见
光吸收的选择性很强,较完全地吸收了某一种波长的光, 而对其他光涉及不多,其补色显得非常明亮、纯正,鲜 艳度比较高。
logε
鲜艳
半高宽
h
不鲜艳
1/2h
λ
2019年9月18日
§2 有机化合物的发色理论
2019年9月18日
605nm
700 nm
物体的颜色就是物
第三章 染料的颜色和结构.

三、吸收光谱曲线 从图中可以看出,在某一
波段内,有一个吸收带,的
最大吸收波长称为该吸收带的 最大吸收波长,以max代表,相 应的吸光度可计算出摩尔吸光 系数max。
吸收带的面积称为积分吸
收强度,它表示整个谱带的吸 收强度。
在一个电子吸收光谱曲线图里可以有几个吸收带, 它们分别反映电子运动状态的不同变化。为了便于区
在没有外界磁场等因素的作用下,伴有态数改变的跃迁是“禁
戒”的。换言之,单态、三态间的跃迁( S T,S 代表单 态,T代表三态)机率一般是很低的。
吸收的强度分布和法兰克-康登(Frank-Condon) 原理 吸收光谱曲线图里的一个电子跃迁吸收带实际上是 一个包含着若干振动谱带和转动谱带的谱带系。它的 形态反映了电子跃迁过程中,分子被激化成各种振动 和转动能级状态的机率分布情况。
电子发生跃迁时,分子的电子能级发生变化,原子核 的振动状态和分子的转动状态也会随之而发生变动。
所以,由于电子跃迁而发生的分子能量变化E是由电
子能量变化Ee,振动能量变化E 和转动能量变化
Er所构成的,而且也是量子化的。
E=Ee+Ev+Er 在光的作用下,当光子的能量和分子的能级间隔一 致时,便可能发生吸收,分子的能级增高而成为所 谓激化态。这种增高能级的过程叫做激化。
所谓的发色团,一般指的是那些能对波长为200~
1000nm 的电磁波发生吸收的基团。实际上,染料要
对波长大致为380~780nm范围内的光波发生吸收才
能具有颜色。它们的分子结构里要有—个由若干共轭
双键构成的共轭系统。这些共轭系统往往还带有助色
团,成为一个发色体系。所谓助色团,指的是那些接 在 共轭系统上的-NH2、-NHR、-NR2、-OH、 -OR等供电子基团。
染料的颜色与结构及功能染料简介解读

第 1 章染料的颜色与结构及功能染料简介学习目标 :①以量子概念,,分子激发理论阐述染料对光的选择吸收的原因。
②掌握染料颜色与染料分子结构的关系以及外界因素的影响。
③理解功能染料的概念,并熟悉荧光染料、夜光染料及变色染料的颜色产生机理。
④了解荧光染料、夜光染料及变色染料在纺织染整方面的应用,思考染料发展方向。
导言:早在 19 世纪 60 年代 W.H.Perkin 发明合成染料以后,人们对染料的颜色和结构的关系进行了深入的研究,并提出了各种理论。
量子力学的发展使人们对物质的结构的认识有了一个新的突破,此后人们开始从量子力学的角度来对染料的颜色和结构的关系进行研究。
在早期的颜色理论中,发色团及助色团理论的影响很大。
染料的颜色除了与染料本身结构有关外,还受到外界条件的影响。
随着科技的发展,功能染料在当今的社会发展中起到了越来越重要的作用。
荧光染料、夜光染料及变色染料在纺织染整方面的应用也得到很重要的发展。
1.1 光与色颜色是光线刺激了眼睛而在大脑中反映出来的一种主观感受。
它需要考虑到物理学和生理学两方面的因素。
光具有波粒二象性。
很早以前,麦克斯韦就提出了光具有电磁波的特性。
它由相互垂直的电场和磁场组成,其振幅以波动方式分别随时间和距离而变化。
1905 年,普朗克和爱因斯坦建立了一种与电磁辐射模型显然不同的微粒子理论。
这种理论把光看成是一束不连续的能量微粒或光子流,但它按麦克斯韦波动理论的波阵面速度传播。
现在我们知道,光既是一种波又是一种微粒,它具有波粒二象性。
光是一种电磁波,波长不同的光会使光的性质不同,从而引起不同的色觉。
波长为400nm-800nm的光按适当比例的混合后,照射到眼睛的视网膜上呈现的是白色。
使一束这样的混合光通过一个适当的棱镜或光栅,我们会看到连续的有色光谱,其色调主要以此为红、橙、黄、绿、蓝和紫。
这些有色光的波长从红到紫以依次递减。
因此,低能量的光子产生红色的感觉,高能量的光子产生紫色的感觉。
染料与颜料

二、概念
染料:是能使其它物质获得鲜明、均匀、坚牢色泽 的有色有机化合物。
染料可溶于水或有机溶剂,有的可在染色时转变成可溶状态。 有机染料主要应用于各种纤维的染色和印花,如棉、麻、毛、 丝、毛皮和皮革以及合成纤维如涤纶、尼纶、腈纶、维纶、 粘胶等。此外,也广泛应用于塑料、橡胶制品、油墨、墨水、 印刷、纸张、食品、医药等方面。
颜料与染料有什么区别?
染料与颜料的对比
特 点 染 料 颜 料 相 同 点 强烈的发色能力,良好的化学稳定性
可溶于水或有机溶 溶 解 性 剂或通过某种途径 不溶性 变为可溶 与纤维不能结合,借助粘 结 合 力 与纤维有结合力 合剂粘着于纤维表面
化 学 组 成 有机芳香化合物 应用范围
有机或无机化合物
在光化学反应中,光是以光量子为单位被吸收的。一 个光量子的能量表示为:
E h h
C
式中,h为普朗克(Planck)常数(6.62×10-34 J· s)。 由上式可以计算出各种不同频率光波的能量。
二、 光和色的关系
自然可见光: 400-760 nm;波长越短,能量越高,颜色 越浅。反之亦然。
光具有波粒二相性。光的微粒性是指光有量子化的 能量,这种能量是不连续的。不同频率或波长的光 有其最小的能量微粒,这种微粒称为光量子,或称 光子。光的波动性是指光线有干涉、绕射、衍射和 偏振等现象,具有波长和频率。 光的波长λ和频率ν之间有如下关系式:
C
式中:ν为频率;λ为波长;C为光在真空中的传播速 度(2.998×108 m/s)。
当染色时它在强碱作用下生成含活泼双键的乙烯砜基由于染料结构中砜基为吸电子基电子诱导效应的结果使碳原子呈现更强的正电性遂与纤维素阴离子起加成反应hcellodso蛋白质纤维的染色机理蛋白质纤维如毛丝结构中亦有较多的亲核基团如氨基羟基巯基sh可与活性染料形成共价键结合但在一般弱酸与中性染液中染色氨基的比例最高所以主要的反应是以氨基为主
第03章 染料的颜色和结构

435nm
580nm
560nm 500nm
480nm 490nm
4
二、吸收定律
Lambert-Beer定律:
l
I0
入射光 C
Iλ 透射光
在稀溶液(理想溶液)中,若不计溶质分子之间 的和溶质与溶剂分子之间的相互作用,透射光强 Iλ与入射光强I0 之间成自然对数关系。 Iλ=I0 ℮ -k'c l (1)——这是光谱学的基本定律之一。
吸收能级ΔE——等于染料吸收带宽的曲线积分(激化度)。 吸收带的宽度和颜色的鲜艳度有关。谱带越宽,颜色越灰暗。
7
1、 A-λ曲线:
A
1.20
0.90 0.60 0.30
λmax=530nm
0.00 380
480
580
680
780 λ(nm)
活性红X-3B的吸光度曲线
(l=1cm,c=50mg∕L)
1、稠环数越多,颜色越深越浓; 2、芳烃的直向稠合比角向稠合易于产生深浓色效应。 3、交替键越长,颜色越深越浓;
二、判断取代基与颜色的关系
1、供电子基一般产生深色和浓色效应; 如-NH2、-NHR、-NH2、-OH、-OR等 2、吸电子基一般产生深色和浓色效应; 如-NO2、-X、-CN、>C=O、—SO3H等 3、供吸电子基的协同作用,使深浓色效应增强,形成氢键,则更强; 4、隔离基可构成混色效应。 如均三嗪基、酰胺基、间次苯基、亚甲基等。
分子轨道理论着眼于处理电子在整个分子中的运动状态和能量的关系, 根据量子力学原理,由薛定谔(Schrö dionger)方程式算出可能出现
的分子轨道,再由各分子轨道能级间隔来确定吸收的量子能级,从而 与λ形成定量关系。
染料化学 第03章 颜色结构

3、掌握染料颜色与介质性质的关系。一般来说,当激化态染料分子 为极性共振结构时,极性溶剂将产生深色效应;当基态染料分子显极性 结构时,非极性溶剂将产生深色效应。上述结论,反之亦然。
价键理论认为:对于共轭链来说,基态和激化态的共振程度随着双 键的增加而增加,其共振能随着双键的增加而下降,激化态比基态下降 得更快,因而激化能级间隔ΔE随着双键的增加而缩小,既是说最大吸收 波长λmax随之增加,这样而产生深色效应。
例如:卤代苯,引入吸电子基—X,使最大吸收波长增加λ’max↗。 在以上两图中,由价键理论判断:ΔE’<ΔE,则λmax>λ’max,产生深色效 应。
吸收强度,这一点对染料颜色的浓与淡具有实际意义。[1]P56-58
§3.3 染料发色的两种理论
经过漫长的研究过程,人们总结出染料发色的两个重要理论:
1、价键理论——用以定性地描述染料的发色机制, 2、分子轨道理论——试图定量描述染料的发色机制。
一、价键理论的本质
价键理论着眼于处理两个相邻原子之间相互作用时形成化学键的电 子运动状态和能量关系。它是“共振论”的一种描述形式。
更多内容,建议阅读:
[1] 王菊生,染整工艺原理,第三册,第3章,第4章 [2] J.Griffiths, Colour and Constitution of Organic molecules, Academic
Press,1976
△阅读布置
关于“染料的颜色和结构”、“染料的光化学基础”、“上染过程的吸附 现象”、“扩散和上染速率”这些内容,我们将在本课程今后具体染料的 各章节中根据内容需要穿插讲授。
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① 发色团与助色团学说
什么是发色团?助色团?发色体? 发色团:使染料表现颜色,含双键的原子基团 。
如:偶氮基 —N=N— ; 硝 基 —NO2 ; 羰 基 C O ; 乙烯基 —CH=CH—
助色团 :使染料颜色加深,或增强染料对纤维的亲
和力,或增强染料的水溶性的基团。
如: 羟 基 —OH 深色作用;增强染料对纤维的亲和性; 氨 基 —NH2 深色作用;增强染料对纤维的亲和性; 磺酸基 —SO3H 增强染料的水溶性和对纤维的亲和性.
由于染料分子结构的复杂性,以及分子内各基团间互影响的多样性, 所以染料结构与颜色的关系是一个十分复杂的问题。人们运用量子力学理 论,通过对价键性质、电子云形状和所处能级变化等方面的初步分析,通 过对不同结构染料吸收光谱的测定,摸索总结出一些规律,如:共轭双键 系统、取代基的影响、分子的离子化、共轭系统的“受阻”现象、分子的平 面结构、形成金属络合物的影响等。
① 与染料分子本身结构有关; ② 染料的颜色也和照射在染料上的光线性质有关。
Sa样mp本le 11
Da日ylig光ht
oTillruu其 白snmogimns它 炽taeetni照 灯oonth明 或er 样Sa本mple 1
相sim似ila的r
S样am本ple 22
d不iffe同ren的t
同M色et异am谱eris现m象
发色体:含有发色团的分子称为发色体。发色团被 引入的愈少,颜色愈浅;发色团被引入的愈多,颜 色愈深。
以下情况可使颜色加深: 1)增加侧链内的烯基数目; 2)增加羧基的数目,特别是增加彼此直接联结的羧基; 3)以萘环代替偶氮染料中的苯环; 4)把一定的取代基加入分子内。
② 近代发色理论
根据量子化学及休克尔(Huckel)分子轨道理论,有 机化合物呈现不同的颜色是由于该物质吸收不同波长的 电磁波而使其内部的电子发生跃迁所致。能够作为染料 的有机化合物,它的内部电子跃迁所需的激化能必须在 可见光(400nm~760nm)范围内。
在1868年格拉勃(Graebe)和李勃曼(Liebermamm)就提出 不饱和性是有机化合物发色的原因。至1876年,这种假设被德国 的维特(O.N.Witt)进一步确定,并认为有机物至少需有某些不 饱和基团存在时,才能显出颜色,他将这些基团称为发色团。
但并不是有发色团的有机物就一定会有颜色,这些发色团还必须连在 足够长的共轭体系上或者同时有多个发色团连在一起时,才能显出颜色。
§3.1 引言
染料的发色理论
——主要的发色理论有:发色团与助色团学说和近 代发色理论。
1. 有关染料的颜色与染料分子结构的关系的研究 2. 有关染料的颜色与光吸收现象的研究
补充: 染料分子结构与颜色的关系
早在1834年,人们就从胡萝卜和植物叶上分别提取了胡萝卜素 和叶绿素,以后又进一步发现,这些物质的颜色与它们的分子结 构有关。而染料的分子结构与颜色的关系则是在1856年珀金发明 了第一个合成染料以后,才开始引起人们的注意,并对有机物呈 色的原因提出了各种理论。随着光谱科学的发展,人们不仅能测 出不同物质的吸收光谱图,而且还可通过吸收光谱来了解物质的 结构,由此确定:任何物质的颜色是由于其对可见光产生了选择 性吸收的结果,染料的颜色与结构的关系实质上就是染料分子对 光的选择吸收特性与结构之间的关系。
物质的颜色主要是物质中的电子在可见光作用下 发生π→π*(或伴随有n→π*)跃迁的结果,因此研究物 质的颜色和结构的关系可归结为研究共轭体系中π电子 的性质,即染料对可见光的吸收主要是由其分子中的π 电子运动状态所决定的。
§3.2 吸收现象与吸收光谱曲线
一、颜色与吸收 1、染料的颜色与哪些因素有关?
橙
蓝
5955n8m0nm 黄
480nm
蓝 绿-蓝
580nm
黄-绿 绿
-绿
490nm
560nm
500nm
蓝色颜料(除蓝色光线, 能微吸收绿色和紫色光,强烈吸收其余光)
注: 互补染料:在染料混合中,当两种染料混合时,
如果一种染料所反射的色光,全被另一种染料所吸 收,则该两种染料就称为互补色。
5. 人类视觉系统对色的反映
橙
蓝
5955n8m0nm 黄
480nm
蓝 绿-蓝
580nm 黄-绿 绿 -绿 490nm
560nm
500nm
4. 颜色的拼配 三原色: 红 黄 蓝 红 黄
二次色: 橙
绿紫 橙
三次色:
橙
黄灰 蓝灰 红灰
绿
紫
颜色拼配举例
700nm
400nm
605nm 红 红紫 紫 435nm
绿
黄色颜料(除黄色光线, 能微吸收绿色和橙色光, 强烈吸收其余光线)
第三章 染料的颜色和结构
§3.1 引言 §3.2 吸收现象与吸收光谱曲线 §3.3 吸收光谱曲线的量子概念 §3.4 染料颜色与结构的关系 §3.5 外界条件对吸收光谱的影响
本章教学要求
1.了解染料对光吸收现象的关系 2.了解光谱色的性质,吸收光谱曲线的量子 概念。 3.掌握染料分子结构与染料颜色之间的关系 (重点) 4.了解外界条件对吸收光谱的影响。
普通发色体的颜色,一般并不很深,对各类纤维也不一定有亲和力, 但当另外引入一些基团时,会使整个分子的颜色加深、加浓,并且对纤维 有 亲 和 力 , 维 特 把 这 些 基 团 称 为 助 色 团 。 主 要 的 助 色 团 有 : —OH 、 — OR、—NHR、—NR2、—Cl、—Br等。
此外,像—SO3Na、—COONa等较特殊的助色团,它们对颜色无显 著的影响,但可使染料具有水溶性,并使染料在水溶液里带负电荷,从而 对某些纤维产生亲和力。
S样am本ple 22
2、什么是光谱色? 可见光各种不同波长的光线反映的颜色称为
光谱色。
电磁波光谱中可见光谱范围很少:
红
橙
黄绿
青蓝
紫
3、物质的颜色与光谱色的关系
① 什么是物体的颜色?(什么时候物体呈无色?白 色?黑色?灰色?黄色?) ② 什么是光的补色?
700nm
400nm
605nm 红 红紫 紫 435nm
物体颜色
1. Illumination
4. "Color" 3. Observer
2. Sample
物体
反射 : 眼睛所看到的; 吸收 : 染料的作用; 透射率,不透明度,遮盖力:染料的效果。