染料的颜色与结构的关系
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E＝h （粒子）
式中E为一个光子的能量，h为普朗克常数(6.6256×10-27尔格·秒，l尔格＝1×10-7J)。
二、分子能级
➢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。
1.共轭双键系统
一般而言，在共轭双键体系中，共轭双键愈长，π→π*跃 迁所需能量较低，则选择吸收的光线波长也愈长，在同系 物中，产生不同程度的深色、浓色效应。
图 偶数交替烃分子轨道的能级
例如：
苯
萘
蒽
λ max (nm)
ε lg max
200 3.65 无色
285 3.75 无色
384 3.8 无色
问题
1、物体为何有颜色？染料为何有颜色？ 2、染料的共轭体系与颜色关系如何？ 3、哪些基团将使颜色加深？哪些基团消色？哪
些基团辅助发色？ 4、如何解释染料的吸光现象？从吸收光谱曲线
可得到染料的哪些颜色信息？
第一节 引 言
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，染料要求结构中能吸收 可见光波（380～780nm）的基团。它们的分子结构里要 有一个由若干共轭双键构成的共轭系统。
最大摩尔吸光度εmax——对应于Amax，它决定 了染料颜色的浓淡；
吸收带宽Δṽ——对应于Δλ，它决定了染料颜色的 鲜艳度（纯度）；
在有关吸收光谱的术语中，颜色的深浅是如下描述 的：被吸收光的波长越长，则该颜色越深，被吸收光的 波长越短，颜色越浅。
而光波从长到短的顺序为红、橙、黄、绿、青、蓝、 紫，其对应的补色顺序为绿（蓝光绿）、青、蓝、紫、 红、橙、黄，这就是颜色从深到浅的顺序。
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。
三、吸收强度和选律
瞬间偶极矩
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。
吸收光谱曲线的位移
颜色变浅
黄、橙、红、紫、蓝、青、绿
颜色加深
第三节 吸收光谱曲线的量子概念
一、光的量子理论
光是一种电磁波，具有波和微粒两象性质。它的波 动频率和光速c成正比，和波长成反比。
＝c/ （波） 光又具有微粒性质。它的能量发射、传播和转移都 不是连续，而是量子化的，以能量微粒光子为最小 单元的。光子的能量和光的频率成正比。
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。
1、对称选律 电子ห้องสมุดไป่ตู้对称性相同的分子轨道间的跃迁是 禁止的，在对称性相反的轨道间的跃迁是 允许的。
图 1,3-丁二烯的分子轨道
2、自旋选律 在没有外磁场等因素的作用下，伴有态数改变的 跃迁是禁止的，态数不变的跃迁是允许的。
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 收光波的波长越大，而吸收频率则与此成反比。 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。
价电子跃迁类型
一般有机物分子中的 价电子有σ键的σ电子， π键的π电子以及未共 用电子对的n电子。
色环图
K/S
16
14
12
10
8
6
4
2
0
400
450
500
550
600
650
700
波长
几种不同颜色染料的吸收光谱图
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:
染料的颜色与结构的关系
张晓莉
本章主要内容
第一节 引 言 第二节 吸收现象和吸收光谱曲线 第三节 吸收光谱曲线的量子概念 第四节 染料的颜色和结构的关系 第五节 外界条件对吸收光谱的影响
本章的任务在于说明：染料对光的吸收现象、 吸收现象的量子概念以及染料的颜色和结构的一 般关系。这里所谓染料的颜色一般是指染料的稀 溶液吸收特性，也就是指染料成分子分散状态时 的吸收特性而言的。同一染料由于聚集状态或晶 体结构的不同，表现的颜色就会有差异。
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：
E Ee Ev Er ➢分子的能量状态称为分子能级。
v'=2
v'=1
E
v'=0 E1 激发态
v"=2 v"=1 v'=0
E0
分子能级示意图
基态
激发 E=E1-E0
E＝Ee＋Ev＋Er
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。
更多染料的共轭双键系统是由偶氮基联接芳环构成的。例如
图 各状态的电子自旋方向
第四节 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;
染料对可见光的吸收特性主要是由它们分子中π电子 运动状态所决定的。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。
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。
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。
A＝lgI0/I ＝cl 式中：A为光密度，I0为入射光强度，I为透射光 强度，c为溶液浓度，l为光程，为摩尔吸光系数。
求：染色上染百分率、上染速率，研究染色动力学
三、吸收光谱曲线
？？？由染料的吸收光谱曲线，可以得到一些重要的分析数据
最大吸收波长λmax——曲线的峰值，它决定了染 料颜色的深浅（色相）；
式中E为一个光子的能量，h为普朗克常数(6.6256×10-27尔格·秒，l尔格＝1×10-7J)。
二、分子能级
➢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。
1.共轭双键系统
一般而言，在共轭双键体系中，共轭双键愈长，π→π*跃 迁所需能量较低，则选择吸收的光线波长也愈长，在同系 物中，产生不同程度的深色、浓色效应。
图 偶数交替烃分子轨道的能级
例如：
苯
萘
蒽
λ max (nm)
ε lg max
200 3.65 无色
285 3.75 无色
384 3.8 无色
问题
1、物体为何有颜色？染料为何有颜色？ 2、染料的共轭体系与颜色关系如何？ 3、哪些基团将使颜色加深？哪些基团消色？哪
些基团辅助发色？ 4、如何解释染料的吸光现象？从吸收光谱曲线
可得到染料的哪些颜色信息？
第一节 引 言
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，染料要求结构中能吸收 可见光波（380～780nm）的基团。它们的分子结构里要 有一个由若干共轭双键构成的共轭系统。
最大摩尔吸光度εmax——对应于Amax，它决定 了染料颜色的浓淡；
吸收带宽Δṽ——对应于Δλ，它决定了染料颜色的 鲜艳度（纯度）；
在有关吸收光谱的术语中，颜色的深浅是如下描述 的：被吸收光的波长越长，则该颜色越深，被吸收光的 波长越短，颜色越浅。
而光波从长到短的顺序为红、橙、黄、绿、青、蓝、 紫，其对应的补色顺序为绿（蓝光绿）、青、蓝、紫、 红、橙、黄，这就是颜色从深到浅的顺序。
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。
三、吸收强度和选律
瞬间偶极矩
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。
吸收光谱曲线的位移
颜色变浅
黄、橙、红、紫、蓝、青、绿
颜色加深
第三节 吸收光谱曲线的量子概念
一、光的量子理论
光是一种电磁波，具有波和微粒两象性质。它的波 动频率和光速c成正比，和波长成反比。
＝c/ （波） 光又具有微粒性质。它的能量发射、传播和转移都 不是连续，而是量子化的，以能量微粒光子为最小 单元的。光子的能量和光的频率成正比。
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。
1、对称选律 电子ห้องสมุดไป่ตู้对称性相同的分子轨道间的跃迁是 禁止的，在对称性相反的轨道间的跃迁是 允许的。
图 1,3-丁二烯的分子轨道
2、自旋选律 在没有外磁场等因素的作用下，伴有态数改变的 跃迁是禁止的，态数不变的跃迁是允许的。
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 收光波的波长越大，而吸收频率则与此成反比。 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。
价电子跃迁类型
一般有机物分子中的 价电子有σ键的σ电子， π键的π电子以及未共 用电子对的n电子。
色环图
K/S
16
14
12
10
8
6
4
2
0
400
450
500
550
600
650
700
波长
几种不同颜色染料的吸收光谱图
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:
染料的颜色与结构的关系
张晓莉
本章主要内容
第一节 引 言 第二节 吸收现象和吸收光谱曲线 第三节 吸收光谱曲线的量子概念 第四节 染料的颜色和结构的关系 第五节 外界条件对吸收光谱的影响
本章的任务在于说明：染料对光的吸收现象、 吸收现象的量子概念以及染料的颜色和结构的一 般关系。这里所谓染料的颜色一般是指染料的稀 溶液吸收特性，也就是指染料成分子分散状态时 的吸收特性而言的。同一染料由于聚集状态或晶 体结构的不同，表现的颜色就会有差异。
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：
E Ee Ev Er ➢分子的能量状态称为分子能级。
v'=2
v'=1
E
v'=0 E1 激发态
v"=2 v"=1 v'=0
E0
分子能级示意图
基态
激发 E=E1-E0
E＝Ee＋Ev＋Er
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。
更多染料的共轭双键系统是由偶氮基联接芳环构成的。例如
图 各状态的电子自旋方向
第四节 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;
染料对可见光的吸收特性主要是由它们分子中π电子 运动状态所决定的。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。
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。
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。
A＝lgI0/I ＝cl 式中：A为光密度，I0为入射光强度，I为透射光 强度，c为溶液浓度，l为光程，为摩尔吸光系数。
求：染色上染百分率、上染速率，研究染色动力学
三、吸收光谱曲线
？？？由染料的吸收光谱曲线，可以得到一些重要的分析数据
最大吸收波长λmax——曲线的峰值，它决定了染 料颜色的深浅（色相）；