第九章颜色化学理论的应用PPT课件

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颜色化学课件α-胡萝卜素（胡萝卜、甘薯、南瓜、柑橘、蛋黄、绿色植物）β-胡萝卜素番茄红素（番茄、西瓜、杏、桃、辣椒、南瓜、柑橘）叶黄素（柑橘,蛋黄、南瓜、绿色植物）2.花青素•花青素属于酚类化合物，是其中最富色彩的一个分支，水溶性，多以糖苷的形式存在于植物细胞液中，使植物的花、果实、茎、叶赋予五彩缤纷的美丽色彩。目前已知的花青素有20多种，在食品中重要的有6种。•草莓中因含有天竺葵色素(也称洋绣球素)而呈艳丽的红色，无花果、樱桃、桑葚的紫红色来自矢车菊色素(也称芙蓉素),茄子、石榴等的紫色则是由于含有飞燕草色素。天竺葵色素(橙红)飞燕草色素(浅紫色)矢车菊色素(品红)3.叶绿素绿色植物因含有丰富的叶绿素而青翠鲜亮,叶绿素是由脱镁叶绿素母环、二价镁离子、叶绿酸、叶绿醇、甲醇组成的酯，是四吡咯螯合金属镁的衍生物，按吡咯环上的取代基是甲基（-CH3）还是醛基（-CHO），将叶绿素分为叶绿素a（青绿色）和叶绿素b（黄绿色）两种。普通陆地植物中，a：b=3：1，海洋生物中，绿藻类为1.3:1,褐藻类为1.9:1。叶绿素的组成结构4．血红素•血红素是肌肉和血液的主要色素，在血液中血红素主要以血红蛋白的形式存在，在肌肉中主要以肌红蛋白的形式存在。血红素与叶绿素都是四吡咯衍生物,但血红素是二价铁的螯合物,而叶绿素是二价镁的螯合物猪肉、牛羊肉的红色是因含有大量肌红蛋白所致。不同类肌肉中血红素的含量有一定差别，幼牛的肉中肌红蛋白的含量低于成熟牛。肌红蛋白的结构9.1.2．不同条件下食品颜色的变化•在遇到热、酸、碱等不同的条件下，许多食品的颜色要发生变化,主要是色素结构变化或发生化学反应，形成新的色素。•1.加热变色虾黄素虾红素•2.酸碱变色•叶绿素在不同的pH值之下脱镁速度不同。在pH=9的很弱的碱性环境中，叶绿素短时耐高温，而在pH=3的酸性环境中，分子中的镁容易失去，生成脱镁叶绿素。•3.光照氧化变色•叶绿素发生光解褪色，变黄，而且是不可逆反应。叶绿素的光解产物是一系列小分子，如乳酸、柠檬酸、琥珀酸、马来酸、丙氨酸等，因导致了卟啉环和吡咯链的分解，使颜色褪去，酸的作用还会使绿叶腐烂。•光照会加速花色苷的降解、缩合,果汁和红酒受到光照，颜色变成褐色,马铃薯在光亮处产生光合作用，形成含茄灵的绿块,有毒•4金属致变色•生长中的植物，花色苷与金属元素形成的络合物，使花朵娇艳•Al3+可与土豆中的类黄酮发生了络合反应而变黄。铁离子与类黄酮相遇，络合后会产生蓝、黑、紫、褐等不同颜色。•5酶促变色•脂酶通过与蛋白酶的作用破坏叶绿素-脂蛋白复合体，使叶绿素失去保护而容易受到侵害•酶促褐变•6细菌腐败变色9.1.3人工合成食用色素的种类和结构•1.偶氮类色素•(1)苋菜红(2)胭脂红(3)赤鲜红(4)落日黄•2.非偶氮类色素•(1)柠檬黄(2)靛蓝柠檬黄磺化靛蓝•3.人工合成食用色素可能的不良影响•食用人工合成色素，的确对人体有一定的毒性，其毒性作用可能表现在三个方面，即一般毒性，致泻性与致癌性。•偶氮类化合物在人体内会进行生物转化,可形成两种芳香胺化合物。芳香胺在体内经代谢活化,即经N-羟基化和脂化后能转变成容易与大分子亲核中心结合的致癌物，所以偶氮类色素的使用绝对不允许超过剂量。•在合成色素的生产过程中，由于多种无机、有机试剂的使用，可能混入有害元素，如金属铅、镉、汞，非金属砷等。•有机反应中一些有毒性的中间体很难彻底分离，使产品的纯度难以保证，这些诸多因素轻则造成合成色素的毒性与致泄性，重则产生致癌性。•9.1.4食品护色剂的作用机理及其对健康的影响•食品护色剂是指食品加工工艺中使制品呈现良好色泽的物质•1.亚硝酸盐的作用和对人体健康的影响•(1)硝酸盐、亚硝酸盐的护色机理•加入硝酸盐的作用是使肉类呈现鲜艳红润的颜色，其作用的机理分析如下：•a.硝酸盐被亚硝基化菌作用生成亚硝酸盐•b.亚硝酸盐与肌肉中的乳酸作用，产生游离的亚硝酸•c.亚硝酸处于中间价态，不稳定，会发生歧化反应，产生一氧化氮•3HNO2→H++NO3-+2NO+H2O•d.一氧化氮与肌红蛋白结合，形成较稳定的亚硝基肌红蛋白，这是一种红色的化合物，使肉制品产生并在一定时间内保持鲜艳的红色。•(2)硝酸盐、亚硝酸盐的使用与对人体健康的影响•a.对肉类食品的作用•在pH=6的弱酸性环境中，对细菌有显著的作用；在pH=6.5时作用效果降低；当pH=7时，则完全不起作用。亚硝酸盐与食盐合并使用，可使抑制细菌的作用增强•亚硝酸盐在人体内能转化为亚硝胺，而亚硝胺的致癌性已引起广泛的关注。•抗坏血酸（维生素C）及其钠盐是良好的助护色剂，与护色剂配合使用可以获得更好的护色效果，同时可降低亚硝酸盐的用量，提高肉食品的安全性。•2.二氧化硫的作用和对人体健康的影响•防止水果蔬菜变成褐色的常用方法是用二氧化硫熏，二氧化硫是多酚氧化酶的抑制剂。•用亚硫酸盐浸泡也可以用于水果罐头的加工，这种处理可以有效抑制酶促褐变•二氧化硫是大气污染物之一，除有刺激性气味外，还会造成人体的慢性中毒•（1）二氧化硫通过鼻腔、气管、支气管时被管腔内水分吸收，刺激管腔引起各类器官及肺部炎症。•（2）二氧化硫与可吸入颗粒物飘尘共同作用，飘尘将二氧化硫带到肺的深部，使毒性增加3-4倍，最终导致肺气肿。•（3）促使癌变发生。动物实验表明，10mg/m3的SO2可以增强苯并芘的致癌作用，而苯并芘是高温油炸食品中很容易产生的致癌物。•（4）影响人体的新陈代谢。SO2进入人体后，会与血液中的维生素B1结合，使体内维生素C平衡失调，从而影响新陈代谢，并抑制、破坏或激活某些酶的活性，使人体发生糖和蛋白质的代谢紊乱。9.2化妆品中色素的结构、特性和应用•9.2.1天然动植物色素•1．β-胡萝卜素•它的多个碳碳双键易被氧化而褪色，易与金属离子发生化学反应的问题一定要考虑。一般需要在使用中适量加入抗氧化剂和螯合剂•2．胭脂红•又名胭脂红酸，是蒽醌式结构（见食品色素）。由寄生在仙人掌上的胭脂虫经干燥、制粉，从中提取的红色色素。随pH值的不同而颜色不同：在酸性环境中呈现橙色至红色；在碱性介质中则表现为紫红色。对酸、光和热较稳定，是制作口红、脂粉中常用的色素。•3.叶绿酸钾钠铜•也称天然绿,是水溶性绿色色素,除具有色素作用外,还有抑制细菌生长,除臭等作用,常用于牙膏、漱口水和具有清洁作用的化妆水。•9.2.2化妆品中常用的其它天然色素•黄色至橙黄色：•（1）以红木种子为原料制得的油溶性红木素•（2）从姜科郁金的根茎提取的二酮类姜黄素•橙黄至橙红色：以辣椒粉为原料制得的辣椒黄素•橙红色至红色：•（1）以番茄为原料制得的菌脂色素•（2）以虫胶介壳虫分泌的汁液经干燥制得的蒽醌色素•（3）以红紫苏的叶茎为原料在酸性溶液中提取的紫苏红色素•红色至紫红色：从红色南瓜中提取的红南瓜色素•9.2.3无机色素•无机色素具有遮盖力强、耐光、耐热、耐溶剂性等特点，在化妆品中有广泛的用途。•1.钛白粉•二氧化钛(TiO2),无臭无味的白色细粉末,遮盖力在白色颜料中最强,是锌白的4倍。微粒直径为0.2μm时,对光的散射力很强,用在香粉等化妆品中显得洁白细腻,产生很好的视觉效果。近年来，已制得纳米级极细粒度的钛白粉，其分散性和耐光性都非常好，且具有很强的抗紫外线能力，广泛用于防晒制剂和遮暇膏。•2．锌白•氧化锌（ZnO），白色无味的非晶型粉末。特点是着色力强，并有收敛和杀菌的作用，虽不如二氧化钛，但也有较强的遮盖力，常用于香粉、痱子粉等粉制化妆品。•3．碳酸镁（MgCO3）•常以碱式碳酸镁的形式存在[(MgCO3)4·Mg(OH)2·5H2O],白色无味的粉末，色泽极白，吸收性强且密度小。由天然菱镁矿与碳酸钠反应,然后经过煮沸、过滤、洗涤、烘干等工序制得，可以用于香粉增加洁白效果，也用于牙膏中。•4.碳酸钙（CaCO3）•白色结晶或粉末状固体，具有吸附、摩擦性•5.滑石粉•滑石是片状或致密块状的天然硅酸镁盐,一般为白色,也有浅绿色、浅黄色，质地有滑腻感。6有色无机色素•黄色至红色基本来自铁的氧化物，黑色产生于炭，绿色则是三价铬给出的。•浅绿色的硫酸亚铁若在隔绝空气的条件下，与碱反应生成Fe(OH)2的沉淀，二价铁不稳定，遇空气时与氧发生反应，迅速被氧化成生成Fe(OH)3,经加热煅烧生成Fe2O3。根据沉淀和氧化的条件不同，可以得到浅黄到橙色之间不同的色素。Fe3O4是磁性氧化铁,属反式尖晶石型结构，以[FeO6]基团共边连接，形成无限长链，链中FeII与FeIII交替排列。结构中容易发生电子转移，属于电荷转移跃迁产生的颜色,呈现红棕色或黑色。炽热的铁与高温水蒸气反应可以生成Fe3O4。晶体中的FeII的性质不象普通低价铁盐那样易于氧化，化学性质十分稳定。8.2.4有机色素•有机合成色素也称焦油色素,主要是从煤焦油中得到的各种芳香烃为基本原料,进行一系列化学反应而制得。有机色素色彩鲜艳，价格低廉，是用量最多的色素•8.2.5珠光颜料•深受广大中青年青睐的表现出珠光色泽的唇膏、指甲油、面霜等,均含有珠光颜料。珠光是一种特殊的光学效应，第二章中讲到，光学效应的产生，是物质的结构状态使光发生干涉、衍射、反射的结果。•1.银白色的天然鱼鳞粉•由带鱼或鲱鱼的鳞片用有机溶剂萃取、提纯加工而成的银白色粉粒,主要成分是鸟嘌呤。天然鱼鳞粉安全可靠、珠光色泽凝重，适合制作高档的唇膏、指甲油等。•2.彩色云母粉•云母是一种黄白色、质轻、有一些珠光的层状物质，可以加工成片状粉末。有一定的黏附性和遮盖性，容易着色.•3氯氧化铋（BiOCl）•9.3颜料、涂料与环境•9.3.1颜料•1.颜料分类•(1)活性颜料:遮盖性强,能赋色。•遮盖力来自于对光的吸收和散射,要求颜料有较强的散射能力和分散体系中两相的较大的折光率差.•当颗粒尺寸约为光波长一半时,散射能力最强.•用于白色涂料的颜料折射率大于2.0(如二氧化钛,锌白,铅白等)•碳酸钙粉末(n=1.6)在空气(n=1.0)中是白色的但在涂料(亚麻子油n=1.5)中是透明的(干湿粉笔,水n=1.33).•(2)惰性颜料:无遮盖力,无赋色能力,但加入后可降低成本,改善性能,如碳酸钙,二氧化硅等.•2.常见颜料的颜色机理•Cr2O3:配位场效应•沥青及有机染料:分子轨道理论•Fe3O4:不同价态间电荷转移•PbCrO4:配位体-金属电荷转移•CdS1-xSex:能带理论•3.环境污染与颜料变质•(1)H2S•含硫燃料燃烧产物,易与金属元素形成硫化物而变暗发黑.•碱式碳酸铅(铅白)+硫化氢硫化铅(黑色)•铜绿+硫化氢硫化铜(黑色)•硫化氢在空气中使碳酸钙变质•CaCO3+H2S+2O2CaSO4+H2O+CO2•CaSO4体积比CaCO3大得多，引起墙壁气泡开裂，壁画被破坏。•(2)颜料间化学反应•镉黄、镉橙、镉红与雌黄、雄黄、硫化汞反应生成暗黑色硫化物，潮湿或紫外线照射使反应加速。•调和剂因蛋黄中的少量硫化物使颜料变质。•铅白与展色剂中的脂肪酸发生皂化反应,改变折射率•（3）清洁剂•碱性使铅白变成褐色氧化铅(PbO2)•普鲁士蓝生成褐色Fe(OH)3•铜绿变成蓝色Cu(OH)2•(4)氧化•空气中的氧使铜颜料产生黑色CuO；•硫化颜料（镉黄、镉橙、镉红）被氧化成白色的CdO；•H2S在潮湿的环境中被氧化成H2SO4，颜色会被酸伤害，如使茜素红变成橙色。•4.颜料中毒•颜料常含各种重金属,如铅(硫酸铅、铅白）镉（镉黄、镉橙、镉红）汞（硫化汞）•砷（雌黄、雄黄、翡翠绿、亚砷酸氢铜绿）•潮湿环境下，细菌会从含砷颜料中释放AsH3。•5颜料鉴定艺术品•通过分析颜料的种类、来源、粒度、杂质元素同位素比、半衰期可以鉴定美术作品产生的年代。9.3.2涂料•1.涂料的用途•(1)装饰•(2)保护•(3)标志•2.涂料的组成•(1)颜料•为了使颜料发挥作用,要将它们很好地分散在聚合物中,这是涂料生产中关键的一步.•(2)溶剂•常以甲苯、汽油、乙酸乙酯为溶剂，使颜料分散其中，形成易流动、适于涂布的液态混合物。•大量溶剂挥发到大气中，在光的作用下发生光化学反应，形成一系列危害人类健康和生态环境的物质。•降低溶剂的使用量或不使用溶剂是科学家的重要研究课题。•(3)黏结剂•是涂料中最重要的成分.•液态涂料在涂布后逐渐变成固态的漆膜,这个过程靠黏结剂,也称成膜物.•根据成膜前后聚合物变化的情况,可分为:•热塑性,只靠溶剂的挥发固化,不改变高分子聚合物的结构;•溶剂挥发污染环境,膜是线性高分子,交联结构较差.•热固性,除溶剂挥发外,还发生化学反应,使低分子量的聚合物互相连接成高分子量的聚合物•交联结构好.•3.光固化涂料及其应用•（1）光固化涂料的特点•活性溶剂是不易挥发的单体，在由液态转变为固态的成膜过程中，参与光聚合反应，形成具有立体结构的漆膜。•没有溶剂挥发，对环境基本无污染；•固化速度快；•不需烘烤、高温，节能且用途广泛。•缺点：光固化涂料中的颜料品种、数量受限，光固化色漆难制备。•（2）应用•光固化清漆可代替水（或油）将石料装扮得晶莹光亮；高级装饰纸的表面涂层。•光纤涂料可使玻璃比钢的强度大，用于光纤通讯。•塑料制品涂上光固化涂料，坚硬、耐磨，可与金属，木制品比美。•牙齿涂料（无毒，附着性好，遮盖力强，速干）黄色晶体樟脑醌吸收蓝光后产生自由基，同时分解为无色物质。•光固化油墨9.5光化学与艺术品保护•9.5.1光致变色•1.光致变色的机理•无机材料大部分为物理光致变色过程;•有机材料除物理光致变色外,主要是化学键的裂解、互变异构。•可逆变色•不可逆变色•2光致变色的用途与危害•用途:(1)光化学防伪•(2)光致变色材料•危害:光子能量越高,危害越大.如400nm紫光比500nm绿光引起的损坏高20倍,紫外光引起的损害程度比绿光高250倍!•光致褪色•光化学使植物纤维链断开,纸或丝毛织品变脆•9.5.2艺术品保护•无照明、低温、低湿•9.6彩色电视原理•9.6.1液晶与液晶显示•1.什么是液晶?•液晶，顾名思义是液态晶体。•某些有机物在一定的温度范围内会呈现一种中间相态。在这种相态下，它具有液体的流动性，不能承受应切力;沿着分子的长轴具有取向的长程有序性,表现为晶体的光学各向异性。由于液晶内部分子间作用力很弱，分子的取向力容易受机械应力、电磁场、温度和化学环境等变化的影响，使其产生电性、颜色和透明度等的变化。•2.液晶的种类与结构•液晶主要分为两大类,溶致液晶和热致液晶。•溶致液晶要溶解在一定的溶剂中才呈现液晶性，热致液晶则在一定的温度范围内显示液晶性。•人体内存在多种液晶，但都是溶致液晶，电脑显示器，电视荧光屏用的都是热致液晶。•显示图象用的液晶是一些分子量为200-500的有机化合物。液晶分子呈棒状，宽约几个纳米，长约1个纳米。这种棒状分子由中央基团和末端基团构成，这些基团的性质决定了液晶的性能。•热致液晶可分为三大类：•（1）向列型•向列型液晶黏度较小，流动性好，是目前显示用液晶的主要类型。向列型液晶中，棒状分子不分层，分子可以转动和向各个方向滑动，只是分子长轴方向保持平行排列。•在22-350C之间呈液晶相•在40-710C之间呈液晶相•（2）胆甾型•胆甾型液晶中棒状分子也是分层排列，分子长轴在层平面内，层内分子互相平行，每层有一个分子直径的厚度。与向列型不同，分子长轴与层平面平行，但相邻两层分子并不平行，分子的长轴方向略有变化，即旋转一定的角度。在0-370C之间呈液晶相•（3）近晶型•近晶型液晶中，棒状分子分层排列，每层的厚度和分子长度相当，层内分子呈无序排列，好象火柴盒里的火柴，分子只能在层内转动或滑动，不能在层间移动。这类液晶的黏度很大，一般不用于液晶显示。在74-950C之间呈液晶相液晶分子排列的各向异性,使得液晶的宏观性质也呈现各向异性•3彩色液晶显示•（1）液晶的电光效应•液晶分子含有极性基团，它具有的棒状结构使液晶具有双折射性。一般按照分子的偶极矩方向与分子长轴的关系定义，平行的称为正性液晶，垂直的称为负性液晶。•因外加电场引起的液晶光学性质的变化称之为液晶的电光效应。•目前广泛使用的液晶显示材料依据的就是向列型正性液晶的扭曲效应和超扭曲效应。•（2）液晶显示材料•a.黑白显示材料•超扭曲向列型液晶显示材料主要有乙烷类、苯基环己烷类和多氟液晶。乙烷类液晶的优点是随温度变化其双折射率变化较小。多氟液晶黏度小，电阻率和电荷保持率高，是混合液晶的主要成分。苯基环己烷的用途主要是降低混合液晶的黏度。•b.彩色液晶显示材料•为了实现液晶彩色化,需要特殊的色素。•液晶中使用的色素要具有二色性，在液晶中可溶，稳定性好，取向度高等特点。9.6.2等离子体及其显示材料•1物质的第四态——等离子态•把等离子体看作物质的又一种基本存在的形态，是因为它与固态、液态、气态相比，无论组成上还是性质上均有本质的区别。即使与气体之间也有明显的差异：•（1）气体通常是不导电的，等离子体则是一种导电流体而又在整体上保持电中性。•（2）组成粒子间的作用力不同，气体分子间不存在净电磁力，而等离子体中的带电粒子间存在库仑力，并由此导致带电粒子群的种种特有的集体运动。•（3）作为一个带电粒子体系，等离子体的运动行为明显地会受到电磁场的影响和约束。•2等离子体显示材料•惰性气体在一定电压的作用下产生气体放电,形成等离子体,直接发射可见光,或发射真空紫外线以激发光致发光的荧光粉而发射可见光,是等离子体显示的基本原理。•（1）单色等离子体显示材料•Ne-Ar混合气体在一定电压作用下发生放电，直接发出582nm橙色光。•单色等离子体显示材料在行与列之间根据维持、书写、擦除的不同需要施加不同的电压脉冲。（2）彩色等离子体显示材料•彩色等离子体显示材料是利用He-Xe混合气体放电时产生的不可见的147nm紫外线激发相应的三基色光致发光荧光粉，使其发出可见光实现彩色显示的。•荧光粉:红色主要是（Y，Gd）BO3：Eu；•绿色主要有Zn2SiO4：Mn和BaAl12O19：Mn，由于Zn2SiO4：Mn的余辉时间略长，现在使用较多的是BaAl12O19：Mn。•蓝色主要是BaMgAl14O23：Eu。