第三章染料颜色与结构

第三章染料颜色与结构3/29/2023第一页，共三十页，2022年，8月28日第一节吸收现象和吸收光谱曲线

一、颜色和吸收

人眼可见光范围380-780nm。第二页，共三十页，2022年，8月28日太阳光包含可见光范围中所有波长的光。如果所有波长的光均被吸收，人们看到的是黑色；如果这些光都被反射，则该物体呈白色；如果全都透过，则物体是无色透明。如果对所有波长的可见光均匀吸收，则物体呈灰色。黑、灰、白色被称为非彩色或中性色。第三页，共三十页，2022年，8月28日一个物体要有彩色必须能够有选择性地吸收某一频率（波长）的可见光。白光中少了该频率的光后，剩余的其他频率的光一起照射到人的眼中，就能感受到色彩。人们感受到物体的颜色为该物体吸收光的补色。补色：当两种不同颜色的光混合起来成为白光，这两种光的颜色互为补色。第四页，共三十页，2022年，8月28日色环（色盘）：把可见光的颜色按波长的大小排成一个环，环中对角线的颜色均互为补色。这个环称为色环。红光紫位置是空缺，作为该颜色的补色，纯粹的绿色难以通过一种单色光的吸收而得到，绿色一般要两种染料的拼色得到。第五页，共三十页，2022年，8月28日

物体选择吸收可见光中某一波段的光波，反射出其余各波段光波时，物体才呈现红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等相应的彩色。染料的颜色是它们所吸收的光波颜色(光谱色)的补色。(分析上蓝增白和荧光增白的原理)

染料分子的颜色和结构的关系，实质上就是染料分子对光的吸收特性和分子结构之间的关系。第六页，共三十页，2022年，8月28日二、吸收定律染料的理想溶液对单色光(单色光是波长间隔很小的光，严格地说是由单一波长的光波组成的光)的吸收强度和溶液浓度、液层厚度间的关系服从朗伯特－比尔(Lambert－Beer)定律。将波长为的单色光平行投射于浓度为c的稀溶液，温度恒定，入射光强度为I0，散射忽略不计，通过厚度为l的液层后，由于吸收，光强减弱为I，它们之间的关系为：I＝I010－acl第七页，共三十页，2022年，8月28日透过光和入射光的光强之比I/I0称为透光度，常以T代表。如厚度l以厘米为单位，浓度c以克·升－1为单位，a称为吸光系数；浓度如以摩·升－1为单位，则a改写为，称为摩尔吸光系数

(以前称为克分子消光系数)。它是溶质对某一单色光吸收强度特性的衡量。T＝I/I0，

lgT－1称为吸光度，以A代表(也称光密度，以D代表)A＝lgI0/I,浓度c以摩·升－1为单位，吸光度A和摩尔吸光系数的关系为：A＝cl分析染料上染率的测定---分光光度计（手动、自动）第八页，共三十页，2022年，8月28日三、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，最大吸光度处所对应的波长称为该吸收带的最大吸收波长，以max表示。第九页，共三十页，2022年，8月28日第二节染料的颜色和结构的关系作为染料，它们的主要吸收波长要在可见光范围内，吸收强度max一般为104～105。要具有上述吸收特性，染料分子结构中须有一个发色体系。这个发色体系一般是由共轭双健系统和在一定位置上的供电子共轭基，即所谓助色团所构成的。有许多除了供电子共轭基外，还同时具有吸电子基团。也有一些染料（为数不多）的发色体系中是没有所谓助色团的.第十页，共三十页，2022年，8月28日增加吸收波长的效应叫做深色效应，降低吸收波长的效应叫做浅色效应。增加吸收强度的效应称为浓色效应，降低吸收强度的效应叫做淡色效应。第十一页，共三十页，2022年，8月28日吸收带越窄，说明物质分子对可见光吸收的选择性越强，颜色越鲜艳，反之则越暗。第十二页，共三十页，2022年，8月28日对同系物来说，增加共轭双键系统的共轭双键，会产生不同程度的深色和浓色效应。增加稠合的苯环，产生深色、浓色效应。例如：共轭双键系统第十三页，共三十页，2022年，8月28日

更多染料的共轭双键系统是由偶氨基联接芳环构成的。例如：通过偶氨基增长共轭系统产生深色效应，但超过两个以后，深色效应便显著降低了。例如第十四页，共三十页，2022年，8月28日供电子基和吸电子基

许多染料的共轭系统上都接有－OH、－OR、－NH2、－NHR、－NR2等供电子基，产生深色效应和浓色效应。许多染料的分子结构中不仅在共轭系统上接有供电子基，而且还具有－N02、－CN、>C＝O等吸电子基，供、吸电子基的协同作用比它们各自单独作用的和要大。第十五页，共三十页，2022年，8月28日第十六页，共三十页，2022年，8月28日

供、吸电子基之间如能生成氢键则深色应更为显著，例如氨基在蒽醌的1位上的深色效应比在2位上强。(须配制成溶液)第十七页，共三十页，2022年，8月28日

在染料合成中有时采用所谓隔离基的方法把两个发色体系联接在一起，互不干扰而成为一个染料分子，以得到绿色、棕色或其它颜色。常用的隔离基有：第十八页，共三十页，2022年，8月28日分子的吸收各向异性和空间阻碍

分子对光的吸收是有方向性的。

以孔雀绿的吸收情况为例加以说明。孔雀绿的共轭体系有两个向不同方向展开的共轭轴。其中一个共轭轴较长，吸收带称为x带，max为623nm；另一个较短，吸收带称为y带，max为420nm。以适当波长的偏振光照射，便会出现显著的二色性。第十九页，共三十页，2022年，8月28日第二十页，共三十页，2022年，8月28日空间阻碍第二十一页，共三十页，2022年，8月28日基团的空间位阻会破坏染料分子的共平面性，产生浅色效应，同时吸光系数也会降低。红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫第二十二页，共三十页，2022年，8月28日第二十三页，共三十页，2022年，8月28日

吸收光谱曲线的测定一般都在稀溶液状态下进行。溶剂的性质、溶液的浓度和温度都会对吸收光谱发生影响。由于分子之间的互相作用，在溶液中染料的吸收光谱随它们分子所处的条件不同而有变化。固体状态的吸收状况较溶液更为复杂。染料的结晶状态、晶体颗粒的细度及其分布情况都会影响它们的吸收特性和散射情况，从而使颜色有所不同。第三节外界条件对吸收光谱的影响第二十四页，共三十页，2022年，8月28日“苯酚蓝”分子右边吸电子基，左边供电子基，激化时，电荷发生转移。它的激化态可写成下式：在极性溶剂中比较稳定，产生深色效应。它在不同溶剂中的吸收max有如下表所示：溶剂的影响第二十五页，共三十页，2022年，8月28日有些染料对溶液的pH敏感。它们有的是作为pH指示剂用的。例如，甲基橙和酚酞，它们在不同pH的溶液中成不同的互变异构体。甲基橙：

pH的影响甲基橙的变色范围是pH<3.1时变红，pH>4.4时变黄，3.1-~4.4时呈橙色。第二十六页，共三十页，2022年，8月28日染料溶液，特别是水溶液，浓度超过某一限度以后就会发生分子间的聚集而引起吸