第三章 染料的颜色和结构
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。
染料化学 第03章 颜色结构
《染料化学》原始教程第3章染料的颜色和结构第3章染料颜色和结构（Color and Constitution of Dyes）本章分4个小节进行介绍：§3.1 吸光现象和吸收光谱曲线§3.2 吸收光谱的量子概念§3.3 染料发色的两种理论§3.4 染料颜色与结构的关系通过本章学习，要掌握以下内容：1、侧重掌握染料发色的价键理论，即共振理论。
它可以定性地解释发色团与助色团在染料结构中与颜色的关系，即描述它们是如何产生深色效应、浓色效应、浅色效应、淡色效应的，以及这些效应和最大吸收浓长λmax和最大摩尔吸光系数εmax 之间的关系。
2、了解染料发色的分子轨道理论。
它试图定量描述染料发色机制，由于染料发色本质的复杂性和多元性，尚难以通过理论计算求出染料的λmax，但是它对进一步解释结构与颜色的关系提供了强大的理论基础。
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。
4、尝试由染料结构与颜色的关系解释一些官能团，如吸电子基团、供电子基团、隔离基团在染料结构设计中的运用，判断染料结构与其颜色的关系，比较不同结构的染料其颜色的深浅和浓淡取向等。
5、物质的吸收特性和吸光曲线，由染料的吸光曲线分析染料。
《染料化学》原始教程 第3章 染料的颜色和结构 §3.1 吸光现象和吸收光谱曲线一、概念述语光——可产生色感的电磁波。
习惯上称产生色感的电磁波谓之可见“光”，如红光、紫光等，不可见的电磁波谓之辐射“线”，如红外线IR 、紫外线UV 等。
色——视觉对可见光的感受。
物质对光的选择吸收便显现了物质的颜色。
发色团——结构中能吸收可见光波的吸电子基团。
它以提升染料的λmax 为主导。
助色团——接在π共轭体系上的供电子基团。
它以提升染料的εmax 为主导。
第三章 染料的颜色与结构-PPT精品文档
以D代表)
A＝lgI/I0 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
染料激化态和基态之间的能级间隔E必须与此相适
应。这个能级间隔的大小虽然包含着振动能量和转动
能量的变化，但主要是由价电子激化所需的能量决定
的。就有机化合物而言，对可见光吸收的能级间隔是 由它们分子中电子运动状态所决定的。 键电子所处 的能级比较低， 激化的能级间隔较大，所需能量属 于远紫外线的能量范围。>C＝O、－N＝N－等氧、
吸收波长为： ＝hc/E
由上可知，激化态和基态的能 级间隔越小，吸收光波的频率 越低，而吸收波长则与此成反 比。作为染料，它们的主要吸 收波长应在380－780nm波段 范围内。染料激化态和基态之 间的能级间隔E必须与此相
适应。
v '= 2 v '= 1 v '= 0
E
v "= 2 v "= 1 v '= 0ຫໍສະໝຸດ 第二节 吸收现象和吸收光谱曲线
一、颜色和吸收
染料的颜色是它们所吸收的光波颜色(光谱色)的补 色，是它们对光的吸收特性在人们视觉上产生的反映。 染料分子的颜色和结构的关系，实质上就是染料分子 对光的吸收特性和它们的结构之间的关系。
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。
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。
注： 重氮组分 引入吸电 子基有利 于深色效 应.
② 在染料分子的共轭系统中引入取代基之间能形成 氢键，有利于深色效应。
三、染料分子的吸收各向异性和空间阻碍
染料分子对光的吸收是有方向性的，使染料显示不 同颜色。例如：
λmax= 603 nm
λmax= 420 nm λmax= 623 nm
结论 染料的结构与颜色的关系:
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。
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
染料化学知识点总结
染料化学知识点总结1. 染料的定义和分类染料是一类能够通过吸附或化学结合将颜色转移到纤维或其他材料上的化合物。
染料通常分为天然染料和合成染料两大类。
天然染料主要来自植物、动物或矿物，例如蓝莓、茜草和蓝靛。
合成染料则是人工合成的染料，具有丰富的颜色和稳定的性质。
2. 染料的结构和颜色原理染料的分子结构对其颜色具有决定性的影响。
染料分子通常包含芳香环结构，并且可以存在不同的共轭结构以增强吸收和发射光的能力。
染料颜色的形成与吸收和发射光的能力以及分子结构的共轭性有关，分子中的不同基团也会影响其颜色。
例如，共轭双键能够增加吸收光的范围，从而改变染料的颜色。
3. 染料的制备和合成合成染料通常是通过化学合成的方法制备的。
染料的合成过程可以从天然化合物出发，也可以从基础化学品出发，如苯乙烯和硝基苯。
在合成染料的过程中，化学家需要考虑反应的选择性、产物的纯度以及环保性等因素。
常用的染料合成方法包括偶氮化、重氮化、醚化和酯化等。
4. 染料的性质和应用染料具有丰富的颜色、良好的亲和性和稳定的耐洗性等优良性质。
染料广泛应用于纺织品、皮革、纸张、塑料、油漆和墨水等领域。
染料的性质包括温度、PH值、光照、洗涤等多种因素都会影响其在材料上的固着和稳定性。
5. 染料的环保和可持续发展随着环保意识的增强，染料化学领域也在不断地寻求更加环保和可持续的发展方式。
目前，染料的环保性主要包括降解性、可再生性和生物可降解性等方面。
化学家正在不断寻求新型绿色染料的合成方法，以及新型染料在纺织品的应用研究。
6. 染料的分析和检测染料的分析和检测是染料化学领域的重要内容。
分析染料需要使用化学分析方法、色谱法和光谱法等。
色谱法可以将染料分离，并对其结构和性质进行分析。
光谱法则可以通过吸收、发射、拉曼等光谱技术，快速准确地对染料进行鉴定和分析。
7. 染料的应用前景随着人们对生活品质的不断追求，染料的应用前景也在不断拓展。
未来，染料将在纺织品、食品、药品、化妆品等领域发挥更加广泛的作用。
第三章 染料的颜色和结构
吸光值
0.4 0.3 0.2 0.1 0 400
吸光值
450 500 550 600 650 700
0.4 0.3 0.2 0.1 0 400
波长,nm 白色物质吸光曲线
450 HN SO2NH2
500
550
600
650
COCH3
波长，nm 灰色染料吸光曲线
二、吸收定律
Lambert-Beer定律
在连续光谱中，某些光量子的能量被物质吸收后，就形 成该物质的吸收光谱。
一般认为，可见光的波长范围在380～780nm之间，如果 物质的激发能ΔE对应的吸收光的波长在与此相应的范围 内，就能表现出颜色。
在可见光波范围内的激化能最高相当于：
1.17 105 E 293 千焦耳/摩尔 400 1.17 105 E 154 千焦耳/摩尔 700
1 0.9
N N HO C C N C N CH3
OH N N
NHCOCH 3
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 400 500 波长，nm 红色物质在可见光区吸收曲线
0.7
吸光值
吸光值
NaO 3S
SO3Na
SO3H
600
700
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 400
N 0.1 N
0 400
N
500 550
N
700
NH2
HO3S
SO3H
波长,nm 棕色染料吸光曲线
波长,nm 黑色染料吸光曲线
0.7 0.6 0.5
0.7 0.6 0.5
COCH3 NH N O O Cr N N O SO2NH2 HN COCH3 700 N O 或 SO2NH2 O Cr/2 N N O -
染料参考资料化学 第03章 颜色结构
第3章染料颜色和结构（Color and Constitution of Dyes）本章分4个小节进行介绍：§3.1 吸光现象和吸收光谱曲线§3.2 吸收光谱的量子概念§3.3 染料发色的两种理论§3.4 染料颜色与结构的关系通过本章学习，要掌握以下内容：1、侧重掌握染料发色的价键理论，即共振理论。
它可以定性地解释发色团与助色团在染料结构中与颜色的关系，即描述它们是如何产生深色效应、浓色效应、浅色效应、淡色效应的，以及这些效应和最大吸收浓长λmax和最大摩尔吸光系数εmax 之间的关系。
2、了解染料发色的分子轨道理论。
它试图定量描述染料发色机制，由于染料发色本质的复杂性和多元性，尚难以通过理论计算求出染料的λmax，但是它对进一步解释结构与颜色的关系提供了强大的理论基础。
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。
4、尝试由染料结构与颜色的关系解释一些官能团，如吸电子基团、供电子基团、隔离基团在染料结构设计中的运用，判断染料结构与其颜色的关系，比较不同结构的染料其颜色的深浅和浓淡取向等。
5、物质的吸收特性和吸光曲线，由染料的吸光曲线分析染料。
§3.1 吸光现象和吸收光谱曲线一、概念述语光——可产生色感的电磁波。
习惯上称产生色感的电磁波谓之可见“光”，如红光、紫光等，不可见的电磁波谓之辐射“线”，如红外线IR 、紫外线UV 等。
色——视觉对可见光的感受。
物质对光的选择吸收便显现了物质的颜色。
发色团——结构中能吸收可见光波的吸电子基团。
它以提升染料的λmax 为主导。
助色团——接在π共轭体系上的供电子基团。
它以提升染料的εmax 为主导。
全色——连续光谱依自然比例混合后的颜色。
可见光波全波段（380-780nm ）的光按自然比例混合后可以得到白色(指人类视野)，反过来，白色光通过色散可以得到一段连续光谱（红、橙、黄、绿、青、蓝、紫）。
第3章染料的结构与颜色讲述
A：吸光度，透光度T=I0 /I；I0：入射光强度；I：透射光强度； c：溶液浓度；l：光程；ε：摩尔吸光度。
➢ε与有色物质的结构、光的λ有关。
2020年10月4日
第三章 染料的结构与颜色
2、吸收光谱 ➢以ε和可见光的波长λ作图，得到的光谱图，称为吸收光
谱。横坐标：λ(nm)；纵坐标：ε。
➢从ε-λ图中可以得到 ε 一定结构物质与吸 收光谱的关系。可 以代表某一化学物 质的结构特性。
2020年10月4日
第三章 染料的结构与颜色
发色团与助色团
HO
NaO3S
NN
O
O
酸性橙Ⅱ （C.I.酸性橙7，15510）
偶氮结构母体为发色体； -SO3Na、-OH为助色团。
还原深蓝BO （C.I.还原蓝20，59800）
只有发色体，不含助色团
2020年10月4日
第三章 染料的结构与颜色
➢ 发色团助色团理论缺点：
性吸收的结果。
2020年10月4日
第三章 染料的结构与颜色
3、补色 ➢两种不同颜色的光混合起来成为白光，这两种光的颜色
称为补色。 ➢一种色的补色可以是单色光，也可以是除去这个颜色光
后白光剩余的颜色。 ➢在颜色盘（环）上能很清楚地看到光谱色的补色就是它
的对角所表示的颜色。即物体的颜色实际上就是物体吸 收光的补色。
在380~780nm。 ➢人们感觉到的光的颜色是不同波长的可见光照射到人眼
中，刺激人的眼神经，而引起的一种生理现象。
➢红色光的波长最长：640~770nm；紫色光的波长最短： 400~440nm。
化学颜料和染料的结构和颜色关系
化学颜料和染料的结构和颜色关系化学颜料和染料是重要的颜色源，它们广泛应用于绘画、印刷、纺织等领域。
本文将探讨化学颜料和染料的结构与其颜色之间的关系。
一、化学颜料的结构特点化学颜料是一种粉末状颜色物质，具有较好的色彩鲜艳度和遮盖力。
它们的颜色来源于分子结构中的特定基团和官能团。
化学颜料的结构特点主要包括以下几个方面：1. 颜料的颜色基团：化学颜料分子中的特定基团赋予其颜色。
不同的颜色基团反映出不同的吸收光谱区域。
例如，苯环具有共轭结构，能吸收紫外光，导致分子呈现黄色或红色。
2. 遮盖性与粒度分布：颜料的遮盖性与颗粒的大小和分布有关。
较小颗粒能更好地散射和吸收光线，从而增强遮盖性。
此外，颗粒的分布均匀度也影响着颜料的色彩均匀度。
3. 耐光性：由于颜料常暴露于阳光照射下，其结构需要具备一定程度的耐光性。
一些颜料分子通过添加有机或无机草酸、醌等结构单元来增强其耐光性，减少颜料的褪色。
二、染料的结构与颜色关系与颜料不同，染料是具有可溶性的有机分子，能够在染料与纤维或其他材料间形成化学键而实现着色。
染料的结构与颜色之间的关系主要由以下几个因素决定：1. 色团结构：染料分子中的色团决定了染料的颜色。
常见的色团包括偶氮类、芳香醇、芳香醛等。
不同的色团对光的吸收和反射产生不同的效果，从而呈现出不同的颜色。
2. 共轭结构：许多染料分子具有共轭结构，通过延长π电子体系，增加色团的吸收范围。
这使得染料可以吸收较宽的光谱范围，呈现出更深的颜色。
3. 可溶性与亲和力：染料需要具有一定的可溶性，以便在染色过程中充分与纤维或其他材料发生相互作用。
此外，染料还需要与纤维表面存在一定的亲和力，以确保染料牢固地结合在材料上。
三、结构与颜色关系的应用了解化学颜料和染料的结构与颜色关系，有助于合成出更多种类的高性能颜料和染料，并应用于各行各业。
如今，许多科研机构和企业致力于开发新型颜料和染料的设计和合成，以满足人们对颜色的特殊需求。
此外，了解颜料和染料结构与颜色之间的关系，还对于文化艺术的发展具有重要意义。
结构化学-染料分子颜色与结构的研究
染料分子结构与颜色的关系[摘要] 通过建立有机染料分子模型，用Gaussian03量子化学软件包计算其最大吸收波长，讨论有机染料分子结构与其颜色的关系。
采用半经验PM3方法对模型化合物的几何结构进行了优化。
根据优化结果，对以上化合物的性质进行分析。
[关键词] Gaussian 03；染料分子；共轭结构0 引言染料是有颜色的物质，染料的颜色源于其分子对可见光选择性地吸收，而主要的颜色是它的最大吸收光的互补色。
按照量子化学观点，分子在紫外区和可见区的吸收属于电子光谱，通过计算，可以得到分子中所有分子轨道的能量。
可以近似地认为，分子的激发能等于最低空轨道（LUMO）与最高占据轨道（HUMO）的能级差ΔE。
根据普朗克公式ΔE=hν，可以计算出分子的吸收频率和最大吸收波长，再根据互补色理论，得到染料的颜色。
1 计算方法用Gaussian 03量子化学软件包,采用杂化密度泛函理论基础中的B3LYP方法,在STO-3G 基组水平上,对具有共轭结构化合物的的几何结构进行了优化，算出LUMO 与HUMO的能级差,继而算出最大吸收波长,得出染料化合物结构与颜色的关系并作相关的讨论。
2 结果与讨论2.1 共轭结构的影响根据计算机优化结果可以发现，染料分子的共轭结构的差异对颜色有着不同的影响。
图 1.染料分子结构式表1 染料分子颜色与共轭键数目的关系n 1 2 3 4 5 6 ΔE /eV 4.833 4.224 3.785 3.452 3.205 3.009λmax /nm257 294 328 360 388 413颜色无色无色无色无色浅黄色黄色如表1所示，染料分子的颜色随共轭键数目的增加而加深。
π→π*跃迁的能级随着π→π共轭体系中的共轭数目增加而逐渐减少，所需激发能减少，导致分子的最大吸收波长增长，颜色变深。
表 2 苯及稠环能量及性质HOMO -0.35835 -0.32470 -0.30313 -0.28925 -0.27975LUMO -0.01456 -0.01498 -0.03564 -0.04971 -0.05977△E 0.34379 0.30972 0.26749 0.23954 0.21998 λmax（n m）255285384480580颜色无色无色无色黄色蓝色由于苯环的π电子具有较好的流动性。
chap3 有机染料的结构与颜色的
第三章 有机染料的结构与颜色的关系
3-1 光与色的基本概念 一、光和颜色
1. 光 （1）光——可见的电磁波 电磁波范围极广，可见光只是其中相对一部分380-780nm。 X射线 紫外线
10-9 兰色 10-7-10-5 青色 绿色
电磁波 γ 射 线
波长cm 紫外 10-11 紫色
可见光 红外线
日光
2. 色
（1）色——是光作用于人眼所引起的一种视觉反应。 （2）物质的颜色（彩色）——吸收光的补色
白光 反射（黄）
吸收（兰）
黄染料的吸收图 （黄、兰（互补色） ）
光线全部被吸收——黑——不透明 光线全部被反射——白色——不透明 光线全部被透过——无色——透明 光线各波段均匀地部分吸收——灰色 光线选择吸收——彩色
2 电子跃迁的基本类型 可能产生6种跃迁 σ π * ；σ σ *； π n σ* n π* 。 其中跃迁可能性较少。σ π
σ *；
*
π
π *； σ *。
；
π
3 各种电子跃迁类型的基本特点
跃迁类型 △E（kg/mol） λ max(nm) 跃迁强度 跃迁出现范围 属这类跃迁有 机分子 σ 800 150 小 远紫外 烷烃 σ
第三章 染料的颜色和结构讲解
λ max
416nm
(在CH2Cl2中)
(在CH2Cl2中)
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：
C N
N C
C N
O C NH
均三嗪基
酰胺基
间次苯基
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。这可以米契勒(Michler)蓝 和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
原子上的孤对电子的能级比较高，激化所需的能量虽
较小，在一定条件下会对可见光发生吸收，但吸收的 强度都很低，对染料的颜色作用不大，而对染料的光 化学作用却有很大的意义。
二、吸收强度和选津 在光谱学中，人们用跃迁矩来估算吸收强度。据
估算，许多具有共轭结构的有机化合物的电子跃迁，
吸收强的max可达105 数量级。人们把 max 很小的跃 迁称为“禁戒”的，而把max 大的跃迁称为“允许” 的。max 小于102的就算是“禁戒”的了。 要发生具有一定跃迁矩的所谓“允许”的跃迁， 要有一定的条件。这些条件称为选律；主要的如下所 述。
染料激化态和基态之间的能级间隔E必须与此相适
应。这个能级间隔的大小虽然包含着振动能量和转动
能量的变化，但主要是由价电子激化所需的能量决定
的。就有机化合物而言，对可见光吸收的能级间隔是 由它们分子中电子运动状态所决定的。 键电子所 处的能级比较低， 激化的能级间隔较大，所需能量 属于远紫外线的能量范围。>C＝O、－N＝N－等氧、氮
电子跃迁过程中，分子被激化成各种振动状态的机车
问题可以用法兰克－康登原理加以说明。
《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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荧光增白剂、荧光染料等。
另一类物质吸收紫外线后并不 立即放出，即使光源移去以后还能 放出一种暗绿色光，称为磷光。
能被激发出磷光的物质如 钙、钡、锌的氯化物，碱土金属 的硫化物等。用钙、锶、钡的硫 化物与极少量放射性物质混合涂 在钟表指针上，能发出磷光。
总之，白光被物体部分地吸收可见光谱部分是物质呈 现颜色的原因。 当光线通过物体时可以完全被吸收，或者被减弱到一
1 0.9
N N HO C C N C N CH3
OH N N
NHCOCH 3
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 400 500 波长，nm 红色物质在可见光区吸收曲线
0.7
吸光值
吸光值
NaO 3S
SO3Na
SO3H
600
700
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 400
第三章 染料的颜色和结构
第一节 引言
染料应当具备两大特性： （1）具有各类颜色 （2）可以上染纤维
染料的颜色和染料分子本身结构有关， 也和照射在染料上光线的性质有关， 光线照射在不同结构的染料分子上出现不同的颜色。
一、发色团和助色团理论
维特最早提出的该理论，认为有机化合物的颜色是由 发色团引起的。同时，分子机构中还应当具有助色团 来加强发色团的作用。 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。
(CH3)2N H C N(CH3)2
孔雀绿隐色体（无色）
二、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 能量与频率、波长之间的关系为：
hc E hν λ
ν越大，λ越短，能量越大。
第二节 吸收现象和吸收光谱曲线
一、颜色和吸收
I0 D lg cl I
D：光密度；I0：入射光强度；I：透射光强度； c：溶液浓度；l：光程；ε：摩尔吸光系数
ε与有色物质的结构、光的λ有关。
三、吸收光谱曲线
以ε和可见光的波长λ作图，得到的光谱图，称为吸收光 谱。横坐标：λ(nm)；纵坐标：ε。 从ε-λ图中可以得到物质 的结构与其吸收 光谱 的关系。可以代表某一 物质的结构特性。 每种物质的吸收光谱在 同一入射光下的谱图是 不变的，但是相同的谱 图不能一定证实结构。
700 nm 605nm
橙
595 nm
黄 绿光蓝 蓝光绿
480 nm
580nm
黄光绿
绿
颜色环
490nm
560nm
500nm
呈现几种颜色的物质在可见光区的吸收曲线分别为：
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 400 500 波长，nm 黄色物质在可见光区吸收曲线 600 700
ε
λmax
λ
吸收带：有机有色物质对光的吸收有一宽的区域， 形成一个吸收峰，称为吸收谱带，简称吸收带。 第一吸收带：波长最长的吸收带。
ε
λmax
λ
最大吸收波长：每一吸收 带都有一个与最高摩尔吸 光度ε对应的波长，称为 λmax； 与λmax相对应的ε为 εmax。
ε εmax
λmax
λ
积分吸收强度：整个吸收带的吸收采用积分吸收强度 表示。
1. 光与色的物理概念 光是一种电磁波，频率与波长的关系为υ=c/λ 光的颜色和光的波长是相互对应的。可见光的波长范围 在380~780nm。 人们感觉到的光的颜色是不同波长的可见光照射到人眼 中，刺激人的眼神经，而引起的一种生理现象。 红色光的波长最长：640~770nm；紫色光的波长最短： 400~440nm。 太阳光(白光)：是由一个包含所有波长范围的混合光组 成的光。
N 0.1 N
0 400
N
500 550
N
700
NH2
HO3S
SO3H
波长,nm 棕色染料吸光曲线
波长,nm 黑色染料吸光曲线
0.7 0.6 0.5
0.7 0.6 0.5
COCH3 NH N O O Cr N N O SO2NH2 HN COCH3 700 N O 或 SO2NH2 O Cr/2 N N O -
激发态，而把能量增高的过程称为激发。 基态和激发态之间的能级差称为激发能。由于一个分
子具有很多不同的高能级状态，因此可以吸收不同的能 量，达到不同能级的激发态。
能量最低的激发态称为第一激发态，随着能量的升 高可以称为第二激发态，第三激发态等。一般来说
第一激发态对于染料的颜色形成最为重要。
根据能量守恒定律，物质在光的作用下，只有当物质分 子中电子跃迁时的总能量变化等于相应光子能量时，该 物质才可能吸收该能量的光子，产生跃迁。即跃迁所需 能量应与电磁波中光量子的能量相一致。
定程度。物体吸收光线，是吸收不同波长的单色光。物体 吸收光的波长和吸收程度一般用分光光度计来测量。 根据朗伯-比尔(Lambert-Beer)吸收定律，可用下式 表示物体对某一波长的光吸收的程度：
h, 普朗克常数
根据量子理论，原子和分子的能量是量子化的。 物质分子中，存在电子相对于原子核的运动，以及原子 核间的相对振动和整个分子所存在的一定的转动。各运 动状态都有相应的能量，分别为电子能级、振动能级、 转动能级。 Ee Ev Er
E Ee Ev Er
各能级都是量子化的，分子能量为各运动状态能量之和： 分子的能量状态称为分子能级。
吸光值
0.4 0.3 0.2 0.1 0 400
吸光值
450 500 550 600 650 700
0.4 0.3 0.2 0.1 0 400
波长,nm 白色物质吸光曲线
450 HN SO2NH2
500
550
600
650
COCH3
波长，nm 灰色染料吸光曲线
二、吸收定律
Lambert-Beer定律
白光是由各种单色光组成的。 太阳光和其它光源的光都是由单色 光组成的复色光。复色光可以分成单色 光的现象叫做光的色散现象。
按照红、 橙、黄、绿、 青、蓝、紫顺 序形成彩带。 这样的光带称 为光谱。
图1-1
白光经棱镜后分成光谱
赤橙黄绿青蓝紫， 谁持彩练当空舞？ -毛泽东诗词
2、物体的颜色
当太阳光或其他白光照射在物体上，可以看到几种情况： 无色透明——光线全部透过物体； 物体呈白色——光线全部被物体反射； 物体呈黑色——照射到物体上的光线全部被吸收； 物体呈灰色——各波段的光部分成比例地被物体吸收； 物体呈现一定的颜色——白光中的某一段或某几段光有 选择地被物体吸收。 结论：物体的颜色是物体对可见光中某一波长的光选择 性吸收后，反射回来的其他波长的光在我们视觉上产生 的反应。
称为电子跃迁。在电子跃迁的同时，常常伴随着振动 能级和转动能级的变化，因此，跃迁时总能量的变化应 是三种能量变化之和。 E1 E0 ΔEe ΔEv ΔEr ΔE
电子跃迁时的能量变化也不是连续的，而是量子化的。
当分子吸收某种能量后，分子中的电子从较低能级（基 态）跃迁到较高能级，而使整个分子的能量升高，处于 较高能量状态。通常把分子能量增高后的电子能态称为
COOH HO
0.7 0.6 0.5
OH N NHCHONH N
COOH
0.7 0.6 0.5
N
N
HO3S
SO3H
吸光值
0.4 0.3 0.2 0.1 0 400
吸光值
0.4 0.3 0.2
NH2 H2N
450 500 550 600 650 700
H2N N
450
OH N N
600
NH2 N
650
～ 积分吸收强度 d ～ 1/ 称为波数
第三节 吸收光谱曲线的量子概念
对于时间的平均值，光表现为波动 对于时间的瞬间值，光表现为粒子性
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 能量与频率、波长之间的关系为：
hc E hν λ
在连续光谱中，某些光量子的能量被物质吸收后，就形 成该物质的吸收光谱。
一般认为，可见光的波长范围在380～780nm之间，如果 物质的激发能ΔE对应的吸收光的波长在与此相应的范围 内，就能表现出颜色。
在可见光波范围内的激化能最高相当于：
1.17 105 E 293 千焦耳/摩尔 400 1.17 105 E 154 千焦耳/摩尔 700
含有发色团的分子共轭体系称为发色体。
2. 助色团 物体要有颜色，分子中除了发色团外，往往还要有一些 助色团。一些供电子基团，常含有未共用的电子对。如 -NH2，-OH，-NHR等。 助色团作用：
加强发色团的发色作用，产生深色效应，提高吸收强度。
提高染料的染色性能。 如：-SO3Na可增加染料水溶性。
因此，只有在154 ~ 293千焦耳/摩尔能量范围内产生激发
状态的分子才是有色化合物。
对于染料来说，主要是吸收波长为380nm~780nm的可见 光区，因此染料的第一激发态和基态之间能量间隔应当 与此对应。该能量间隔主要是由其分子中π电子运动所 决定的。所以，染料分子一般都是具有大π键结构。
OH N N SO3Na NHCOCH 3
对于不可见光线不能按可见光的规律产生色的感觉。
紫外线被某些物质吸收后，又将光线放射出来，却 呈现特殊现象，即这部分放射出来的光线的波长比吸收
的光线的波长为长。
不少物质能吸收紫外线 而放出可见光线，因而呈现 闪亮的光，称荧光现象。能 呈荧光现象的物质称荧光物 质。当光源移去后该物质的 荧光现象亦停止。 利用荧光现象的染料有