第三章--染料的颜色和结构

Prof.YueLiu染料化学Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学§3．染料的颜色和结构Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学一、概述1、物体的颜色色素颜色：色素分子对光选择性吸收结果；结构色：物体表面微结构对光的色散、散射、干涉和衍射引起的通过选择反射产生的颜色。2、发色团理论发色团：一般含有不饱和基团；助色团：加强发色；[1867年维特（witt）提出]Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学H2NCN(CH3)2N(CH3)2OH孔雀绿色基Question碘仿（CH3I）无色黄色Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学量子理论解释：发色团一般是指那些能对波长为200nm～1000nm（主要为可见光的380nm～780nm范畴）的电磁波发生吸收的基团。本章主要内容：染料对光的吸收现象；吸收现象的量子概念；染料的颜色与结构的关系等。主要指染料分子呈分散状态时的吸收特性Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学二、光与颜色1、光与电磁波光是一种能引起视觉的电磁波。在电磁波谱中，可见光仅占很窄的一个波谱范围。其波长在380～760nm之间。可见光γ射线X射线紫外线红外线无线电波微波超短短波中波长波0.01nm1nm0.1μ10μ0.1cm10cm10m1km100km电磁波谱分布紫蓝青绿黄橙红0.380.430.470.50.560.590.620.76(m)电磁波普系列可见光谱Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学光波中凡是人的肉眼能看得到的叫可见光，光同电磁波一样，具有波粒二相性，△E=hν=hc/λ。波长（或频率）决定了光的性质，如颜色、能量、用途等。γ射线：0.003～0.03nm；X射线：0.03～3nm；紫外线：3～300nm；可见光：380～780nm；红外线：800～3000nm；微波：0.3～100cm。Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学在可见光波长范围内，颜色随波长不同而异，如白色太阳光透过三棱镜时可分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等七种不同的颜色，眼睛感知到的这些颜色和光波长之间关系如下图所示。400nm700nm紫外光红外光可见光区546.1nm435.8nm780nmLecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学2、光与颜色光能本身是无颜色的，颜色是人们眼睛感知光后产生的生理和心理现象。眼睛对光的感觉称为光觉，对颜色的感觉称为色觉，这是眼睛的基本特性。颜色是人的视觉系统对可见光的感知结果。物体由于内部物质的不同，受光线照射后，一部分光线被吸收，其余的被反射或透射出来，成为我们所见的物体的颜色。所以，颜色既与光有密切关系，也与被光照射的物体以及与观察者均有关。Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学能发出光的物体称为光源，太阳是自然光源，电灯是人造光源。大部分物体本身是不发光的，但是任何物体对光都具有吸收、透射、反射、折射的作用。非光源物体产生颜色的条件：人眼+入射光+反射光（选择性吸收之后）物体光Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学眼睛中的光接受器主要是视网膜中的视觉细胞。有两种类型的视觉细胞，分别称为锥状体和杆状体。锥状体只有在光线明亮的情况下才起作用，它具有辨别光波波长的作用，因此对颜色非常敏感。每个眼睛的锥状体大约有700万个。杆状体比锥状体的灵敏度高，在较暗的光线下就能起作用，但是它没有辨别颜色的能力，又叫夜视觉，所以黑暗中看到的东西没有颜色，其数量大约有1亿三千万个。Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学Man’sEyeLecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学纯颜色通常使用光的波长来定义，用波长定义的颜色叫做光谱色(spectralcolors)。在光谱中，一种颜色向另一种颜色转变是逐渐过渡的，在光谱上看到的颜色叫光谱色，不能分解的光谱色称为单色光，由两种以上单色混合而成的色叫复色光。虽然人们可以通过光谱功率分布，也就是用每一种波长的功率(占总功率的一部分)在可见光谱中的分布来精确地描述颜色，但因为眼睛对颜色的采样仅用相应于红、绿和蓝色三种锥体细胞，这些锥体细胞采样得到的信号通过大脑产生不同颜色的感觉，这些感觉由国际照明委员会(CIE)作了定义，用颜色的三个特性来区分颜色。这些特性是色调，饱和度和明度，它们是颜色所固有的并且是截然不同的特性。Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学3、颜色三要素从人的视觉系统看，颜色可用色调（或色相，Hue）、饱和度（或纯度，Saturation）和亮度(或明亮度，明度，Brightness)来描述，其中色调与光波的波长有直接关系，亮度和饱和度与光波的幅度有关。人眼看到的任一彩色光都是这三个特性的综合效果，这三个特性是颜色的三要素。Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学（1）色调(Hue)：又称为色相，指颜色的外观，用于区别颜色的名称或颜色的种类。色调是视觉系统对一个区域所呈现颜色的感觉。对颜色的感觉实际上就是视觉系统对可见物体辐射或者发射的光波波长的感觉。这种感觉就是与红、绿和蓝三种颜色中的哪一种颜色相似，或者与它们组合的颜色相似。色调取决于可见光谱中的光波的频率，它是最容易把颜色区分开的一种属性。用于描述感知色调的一个术语是色彩(colorfulness)。色彩是视觉系统对一个区域呈现的色调多少的感觉，例如，是浅蓝还是深蓝的感觉。Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学色调用红、橙、黄、绿、青、蓝、靛、紫(red，orange,yellow，green，cyan，blue，indigo，violet)等术语来刻画。色调的种类很多，有一千万种以上，普通颜色专业人士可辨认出的颜色大约可达三百至四百种。黑、灰、白则为无色彩（消色）。色调有一个自然次序：红、橙、黄、绿、青、蓝、靛、紫。在这个次序中，当人们混合相邻颜色时，可以获得在这两种颜色之间连续变化的色调，用圆周表示成为颜色圆，圆周上的颜色具有相同的饱和度和明度，但它们的色调不同，展开后即为色环。Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学太阳光带中的六种标准色与六种中间色，即红橙，黄橙，黄绿，蓝绿（青），蓝紫，红紫（品红），合称十二色相或色调。把不同的色调按红橙黄绿蓝紫的顺序衔接起来，就形成了一个色调连续变化过渡的圆环，称作为色环。Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学（2）饱和度(Saturation)：又称纯度，是颜色的纯洁性，可用来区别颜色明暗的程度。当一种颜色渗入其他光成分愈多时，就说颜色愈不饱和。完全饱和的颜色是指没有渗入白光所呈现的颜色，例如仅由单一波长组成的光谱色就是完全饱和的颜色。饱和度在颜色圆上用半径表示，沿径向方向上的不同颜色具有相同的色调和明度，但它们的饱和度不同。Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学（3）明度(Brightness)：根据国际照明委员会的定义，明度是视觉系统对可见物体辐射或者发光多少的感知属性。简言之是指颜色的明暗、深浅。有色表面的明度取决于亮度和表面的反射率。明度的一个极端是黑色(没有光)，另一个极端是白色，在这两个极端之间是灰色。在许多颜色系统中，明度常用垂直轴表示，底部的明度最小，顶部的明度最大。Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学用纯正的颜色相互比较所产生的明暗差别是明度的典型例子。在纯正光谱中，黄色的明度最高，显得最亮；其次是橙、绿；再其次是红、蓝；紫色明度最低，显得最暗。明度和人的感知有关，目前还无法用物理设备来测量。Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学一般情况下，在相同亮度的刺激下，背景亮度不同所感觉到的明暗程度也不同，例如白天我们看不见星星，而夜晚却能看到。这种现象叫做对比现象。对比现象包括亮度对比和颜色对比。实验表明，在背景亮度比目标亮度低的场合，感觉目标有一定亮度。当背景亮度比目标亮时，看到的目标就有亮的多的感觉。同时，对比效果在背景大的场合比较显著。Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学所谓色彩混合是指某一色彩中混入另一种色彩。经验表明，两种不同的色彩混合，可获得第三种色彩。在颜料混合中，加入的色彩愈多颜色越暗，最终变为黑色。反之，色光的三原色能综合产生白色光。三、色彩混合染料的混合色光的混合Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学1、三原色——也称三基色，就是指这三种色中的任何一色都不能由另外两种原色混合产生，而其它色可由这三色按一定的比例混合出来，色彩学上称这三个独立的色为三原色或三基色。三基色的确定牛顿色散实验：认定七色为原色；物理学家DavidBrewster认为原色只是红、黄、蓝三色；1802年，生理学家T.Young（ThomasYoung，1773–1829）根据人眼的视觉生理特征提出红、绿、紫（蓝紫）国际照明委员会（CIE）将色彩标准化，正式确认色光三原色红、绿、蓝（蓝紫色），色料三原色红（品红）、黄（柠檬黄）、青（湖蓝）。Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学色光三原色：红、绿、蓝。色料三原色：品红、黄、青。Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学定义：两种或两种以上的色光同时反映于人眼，视觉会产生另一种色光的效果，这种色光混合产生综合色觉的现象称为色光加色法或称为色光的加法混色。国际照明委员会（CIE）规定以700nm(红R)、546.1nm(绿G)、435.8nm(蓝B)三个色光为三基色。又称为物理三基色。自然界的几乎所有颜色都可以通过选用这三基色按不同比例混合而成。2、色光加法混色Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学（1）色光加法混合现象等量混合R+G=YR+B=MG+B=CR+G+B=WRGBYMCWR--Red，红；B--Blue，蓝；G--Green，绿；C--Cyan，青；M--Magenta，品红；Y--Yellow，黄Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学（2）格拉斯曼色彩混合定律人的视觉只能分辨色彩的三种变化：明度、色调、饱和度。在由两个成分组成的混合色中，如果一个成分连续地变化，混合色的外貌也连续地变化。补色律：两种色光混合产生白色，叫色光互补色。最基本的互补色有三对：R+青＝白；G+品红＝白；B+黄＝白补色的一个重要性质：一种色光照射到其补色的物体上，则被吸收。如用蓝光照射黄色物体，则呈现黑色。中间色律：任何两个非补色相混合，便产生中间色。Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学两种色光混合产生白色，叫色光互补色。最基本的互补色有三对：R+青＝白；G+品红＝白；B+黄＝白RGBYMCWLecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学色彩外貌相同的光，不管它们的光谱组成是否—样，在色彩混合中具有相同的效果。换言之，凡是在视觉上相同的色彩是等效的，或者说只要在感觉上颜色是相似的便可以相互代替。设A+B=C，如果没有直接色光B，而X+Y=B，那么根据代替律，可以由A+X+Y=C来实现C。色光的代替律，更加明确了同色异谱色的应用意义。混合色的总亮度等于组成混合色的各色彩光亮度的总和。这一定律叫做亮度相加律。该规律体现了色光混合时的能量叠加关系，反映了色光加法混色的实质。上面所说的格拉斯曼色彩混合定律是色度学的一般规律，适用于各种色彩光的相加混合。该规律不适用于染料或涂料的混合。Lecturer:Prof.YueLiu纺织服装学院染料化学3、色料减法混色定义：两种或两种以上的色料混合后会产生另一种颜色的色料的现象。等量混合：C+M=BC+Y=GM+Y=RC+M+Y=BkYMCRGBK黄Y、品M、青CLecturer:Pro