第三章染料顏色與結(jié)構(gòu)課件

第一節(jié)吸收現(xiàn)象和吸收光譜曲線

一、顏色和吸收

人眼可見(jiàn)光范圍380-780nm。2023/8/12第一節(jié)吸收現(xiàn)象和吸收光譜曲線一、顏色和吸收2023/太陽(yáng)光包含可見(jiàn)光范圍中所有波長(zhǎng)的光。如果所有波長(zhǎng)的光均被吸收，人們看到的是黑色；如果這些光都被反射，則該物體呈白色；如果全都透過(guò)，則物體是無(wú)色透明。如果對(duì)所有波長(zhǎng)的可見(jiàn)光均勻吸收，則物體呈灰色。黑、灰、白色被稱為非彩色或中性色。2023/8/12太陽(yáng)光包含可見(jiàn)光范圍中所有波長(zhǎng)的光。2023/8/2一個(gè)物體要有彩色必須能夠有選擇性地吸收某一頻率（波長(zhǎng)）的可見(jiàn)光。白光中少了該頻率的光后，剩余的其他頻率的光一起照射到人的眼中，就能感受到色彩。人們感受到物體的顏色為該物體吸收光的補(bǔ)色。補(bǔ)色：當(dāng)兩種不同顏色的光混合起來(lái)成為白光，這兩種光的顏色互為補(bǔ)色。2023/8/12一個(gè)物體要有彩色必須能夠有選擇性地吸收某一頻率（波長(zhǎng)）的可見(jiàn)色環(huán)（色盤）：把可見(jiàn)光的顏色按波長(zhǎng)的大小排成一個(gè)環(huán)，環(huán)中對(duì)角線的顏色均互為補(bǔ)色。這個(gè)環(huán)稱為色環(huán)。紅光紫位置是空缺，作為該顏色的補(bǔ)色，純粹的綠色難以通過(guò)一種單色光的吸收而得到，綠色一般要兩種染料的拼色得到。2023/8/12色環(huán)（色盤）：把可見(jiàn)光的顏色按波長(zhǎng)的大小排成一個(gè)環(huán)，環(huán)中對(duì)角物體選擇吸收可見(jiàn)光中某一波段的光波，反射出其余各波段光波時(shí)，物體才呈現(xiàn)紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等相應(yīng)的彩色。染料的顏色是它們所吸收的光波顏色(光譜色)的補(bǔ)色。(分析上藍(lán)增白和熒光增白的原理)

染料分子的顏色和結(jié)構(gòu)的關(guān)系，實(shí)質(zhì)上就是染料分子對(duì)光的吸收特性和分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。2023/8/12物體選擇吸收可見(jiàn)光中某一波段的光波，反射出其余各波段光波二、吸收定律染料的理想溶液對(duì)單色光(單色光是波長(zhǎng)間隔很小的光，嚴(yán)格地說(shuō)是由單一波長(zhǎng)的光波組成的光)的吸收強(qiáng)度和溶液濃度、液層厚度間的關(guān)系服從朗伯特－比爾(Lambert－Beer)定律。將波長(zhǎng)為

的單色光平行投射于濃度為c的稀溶液，溫度恒定，入射光強(qiáng)度為I0，散射忽略不計(jì)，通過(guò)厚度為l的液層后，由于吸收，光強(qiáng)減弱為I

，它們之間的關(guān)系為：I

＝I010－acl2023/8/12二、吸收定律2023/8/2透過(guò)光和入射光的光強(qiáng)之比I

/I0稱為透光度，常以T代表。如厚度l以厘米為單位，濃度c以克·升－1為單位，a稱為吸光系數(shù)；濃度如以摩·升－1為單位，則a改寫為

，稱為摩爾吸光系數(shù)

(以前稱為克分子消光系數(shù))。它是溶質(zhì)對(duì)某一單色光吸收強(qiáng)度特性的衡量。T＝I

/I0，

lgT－1稱為吸光度，以A代表(也稱光密度，以D代表)A＝lgI0/I

,濃度c以摩·升－1為單位，吸光度A和摩爾吸光系數(shù)

的關(guān)系為：A＝

cl分析染料上染率的測(cè)定---分光光度計(jì)（手動(dòng)、自動(dòng)）2023/8/12透過(guò)光和入射光的光強(qiáng)之比I/I0稱為透光度，常以T代表。2三、吸收光譜曲線從圖中可以看出，在某一波段內(nèi)，有一個(gè)吸收帶，最大吸光度處所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱為該吸收帶的最大吸收波長(zhǎng)，以

max表示。2023/8/12三、吸收光譜曲線2023/8/2第二節(jié)染料的顏色和結(jié)構(gòu)的關(guān)系作為染料，它們的主要吸收波長(zhǎng)要在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，吸收強(qiáng)度

max一般為104～105。要具有上述吸收特性，染料分子結(jié)構(gòu)中須有一個(gè)發(fā)色體系。這個(gè)發(fā)色體系一般是由共軛雙健系統(tǒng)和在一定位置上的供電子共軛基，即所謂助色團(tuán)所構(gòu)成的。有許多除了供電子共軛基外，還同時(shí)具有吸電子基團(tuán)。也有一些染料（為數(shù)不多）的發(fā)色體系中是沒(méi)有所謂助色團(tuán)的.2023/8/12第二節(jié)染料的顏色和結(jié)構(gòu)的關(guān)系作為染料，它們的主要吸收波長(zhǎng)增加吸收波長(zhǎng)的效應(yīng)叫做深色效應(yīng)，降低吸收波長(zhǎng)的效應(yīng)叫做淺色效應(yīng)。增加吸收強(qiáng)度的效應(yīng)稱為濃色效應(yīng)，降低吸收強(qiáng)度的效應(yīng)叫做淡色效應(yīng)。2023/8/12增加吸收波長(zhǎng)的效應(yīng)叫做深色效應(yīng)，降低吸收波長(zhǎng)的效應(yīng)叫做淺色效吸收帶越窄，說(shuō)明物質(zhì)分子對(duì)可見(jiàn)光吸收的選擇性越強(qiáng)，顏色越鮮艷，反之則越暗。2023/8/12吸收帶越窄，說(shuō)明物質(zhì)分子對(duì)可見(jiàn)光吸收的選擇性越強(qiáng)，顏色越鮮艷對(duì)同系物來(lái)說(shuō)，增加共軛雙鍵系統(tǒng)的共軛雙鍵，會(huì)產(chǎn)生不同程度的深色和濃色效應(yīng)。增加稠合的苯環(huán)，產(chǎn)生深色、濃色效應(yīng)。例如：共軛雙鍵系統(tǒng)2023/8/12對(duì)同系物來(lái)說(shuō)，增加共軛雙鍵系統(tǒng)的共軛雙鍵，會(huì)產(chǎn)生不同程度的深

更多染料的共軛雙鍵系統(tǒng)是由偶氨基聯(lián)接芳環(huán)構(gòu)成的。例如：通過(guò)偶氨基增長(zhǎng)共軛系統(tǒng)產(chǎn)生深色效應(yīng)，但超過(guò)兩個(gè)以后，深色效應(yīng)便顯著降低了。例如2023/8/12更多染料的共軛雙鍵系統(tǒng)是由偶氨基聯(lián)接芳環(huán)構(gòu)成的。例如：20供電子基和吸電子基

許多染料的共軛系統(tǒng)上都接有－OH、－OR、－NH2、－NHR、－NR2等供電子基，產(chǎn)生深色效應(yīng)和濃色效應(yīng)。許多染料的分子結(jié)構(gòu)中不僅在共軛系統(tǒng)上接有供電子基，而且還具有－N02、－CN、>C＝O等吸電子基，供、吸電子基的協(xié)同作用比它們各自單獨(dú)作用的和要大。2023/8/12供電子基和吸電子基2023/8/22023/8/122023/8/2供、吸電子基之間如能生成氫鍵則深色應(yīng)更為顯著，例如氨基在蒽醌的1位上的深色效應(yīng)比在2位上強(qiáng)。(須配制成溶液)2023/8/12供、吸電子基之間如能生成氫鍵則深色應(yīng)更為顯著，例如氨

在染料合成中有時(shí)采用所謂隔離基的方法把兩個(gè)發(fā)色體系聯(lián)接在一起，互不干擾而成為一個(gè)染料分子，以得到綠色、棕色或其它顏色。常用的隔離基有：2023/8/12在染料合成中有時(shí)采用所謂隔離基的方法把兩個(gè)發(fā)色分子的吸收各向異性和空間阻礙

分子對(duì)光的吸收是有方向性的。

以孔雀綠的吸收情況為例加以說(shuō)明。孔雀綠的共軛體系有兩個(gè)向不同方向展開的共軛軸。其中一個(gè)共軛軸較長(zhǎng)，吸收帶稱為x帶，

max為623nm；另一個(gè)較短，吸收帶稱為y帶，

max為420nm。以適當(dāng)波長(zhǎng)的偏振光照射，便會(huì)出現(xiàn)顯著的二色性。2023/8/12分子的吸收各向異性和空間阻礙2023/8/22023/8/122023/8/2空間阻礙2023/8/12空間阻礙2023/8/2基團(tuán)的空間位阻會(huì)破壞染料分子的共平面性，產(chǎn)生淺色效應(yīng)，同時(shí)吸光系數(shù)也會(huì)降低。紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫2023/8/12基團(tuán)的空間位阻會(huì)破壞染料分子的共平面性，產(chǎn)生淺色效應(yīng)，同時(shí)吸2023/8/122023/8/2吸收光譜曲線的測(cè)定一般都在稀溶液狀態(tài)下進(jìn)行。溶劑的性質(zhì)、溶液的濃度和溫度都會(huì)對(duì)吸收光譜發(fā)生影響。由于分子之間的互相作用，在溶液中染料的吸收光譜隨它們分子所處的條件不同而有變化。固體狀態(tài)的吸收狀況較溶液更為復(fù)雜。染料的結(jié)晶狀態(tài)、晶體顆粒的細(xì)度及其分布情況都會(huì)影響它們的吸收特性和散射情況，從而使顏色有所不同。第三節(jié)外界條件對(duì)吸收光譜的影響2023/8/12吸收光譜曲線的測(cè)定一般都在稀溶液狀態(tài)下進(jìn)行。溶劑的性質(zhì)、“苯酚藍(lán)”分子右邊吸電子基，左邊供電子基，激化時(shí)，電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移。它的激化態(tài)可寫成下式：在極性溶劑中比較穩(wěn)定，產(chǎn)生深色效應(yīng)。它在不同溶劑中的吸收

max有如下表所示：溶劑的影響2023/8/12“苯酚藍(lán)”分子右邊吸電子基，左邊供電子基，激化時(shí)，電荷發(fā)生有些染料對(duì)溶液的pH敏感。它們有的是作為pH指示劑用的。例如，甲基橙和酚酞，它們?cè)诓煌琾H的溶液中成不同的互變異構(gòu)體。甲基橙：

pH的影響甲基橙的變色范圍是pH<3.1時(shí)變紅，pH>4.4時(shí)變黃，3.1-~4.4時(shí)呈橙色。2023/8/12有些染料對(duì)溶液的pH敏感。它們有的是作為pH指示劑用的。例如染料溶液，特別是水溶液，濃度超過(guò)某一限度以后就會(huì)發(fā)生分子間的聚集而引起吸收光