碱性染料的染色原理及应用

背景及概述^[1-2]

染料分子中含有氨基、取代氨基或含氮杂环化合物，这些胺类都是以有机碱的盐类(如盐酸盐、有机酸盐或氯化锌复盐等)形式存在，这类染料称为碱性染料。早期又称为盐基染料。1856年H.W.perkin合成了世界上个合成染料苯胺紫，即属碱性染料。继后又陆续出现了碱性品红(C.I.碱性紫14)、碱性蓝(C.I碱性蓝9)、结晶紫(C.I碱性紫3)、孔雀绿(C.I.碱性绿4)以及罗达明(C.I.碱性紫10)等许多品种。碱性染料化学结构类型有二芳甲烷、三芳甲烷、偶氮型及含氮杂环化合物(如氧杂蒽、噁嗪和噻嗪等)。碱性染料溶于水中能电离成有色阳离子，可上染于羊毛、蚕丝等蛋白质纤维。还可用于醋酸纤维、腈纶纤维的染色。结晶紫、罗达明及噁嗪类等染料还可用作热敏染料、压敏染料及染料激光器等。

界定^[2]

作为染色剂必须具备两个条件：一是具有颜色；二是要与被染组织间有亲和力。染料的颜色和它与组织间的亲和力是由染料本身的分子结构决定的，产生颜色的发色基团和与组织间产生亲和力的助色基团共同决定了染色剂的染色性质。分子结构的某些基团吸收某种波长的光，而不吸收另外波长的光，从而使人觉得好像这一物质“发出颜色”似的，因此把这些基团称为“发色基团”。

例如，苯的衍生物具有可见光区吸收带，可作为发色基团。此外，发色基团还有硝基(一NO2)、偶氮基(一N=N、一)、乙烯基等。作为染料物质，除了有发色基团外，还需要有一种使化合物发生电离作用的助色基团。由一0H一SO3H、一COOH等酸性基团和一NH2、一NHCH3、一N(CH3)2等碱性基团构成了助色基团。它们的存在使染料物质离子化，极性增强，促进染料与组织间发生作用，产生染色效果。助色基团中具有酸性基团的染料称为酸性染色剂，而助色基团中具有碱性基团的染料则称为碱性染色剂。

高中阶段涉及的碱性染料主要有三种：龙胆紫、醋酸洋红、苏木精。现以龙胆紫为例，说明其“碱性染料”这一称谓的由来。龙胆紫结构式如图所示，其中由三苯甲烷构成发色基团，由(一N(CH3)2)构成助色基团。(一N(CH3)2)是极性基团，在水中电离时，可与H结合而带正电使染料分子能够与带负电的物质结合，从而使其染上颜色。在配制龙胆紫染液时通常需加入乙酸，酸性条件下H多，可促进龙胆紫的电离极化。

应用^[3-4]

碱性染料对于羊毛、丝绸、皮革以及用单宁媒染剂处理过的棉纤维都具有亲合力，着色力强、色光艳丽。但是碱性染料耐洗、耐晒坚牢度很差，现在很少应用于棉、毛等纤维织物的染色，大多数用于纸张（包括复写纸）、打字色带、色淀照相、生物等材料的着色。碱性染料贵金属催化光度法虽然灵敏度高，但方法选择性较差，贵金属之间存在相互干扰，所以测定前的分离及掩蔽过程非常重要，操作过程应特别细致，这也是今后研究工作的重点。同时，建议采用现代光度法及其仪器和计量统计等方法来克服元素间的光谱干扰，进行方法创新。最后，为真正发挥碱性染料贵金属催化光度法的优势，应进行更多的应用型研究，探讨不同碱性体系的应用条件，实现更准确的测定。

pH值^[2]

碱性(或酸性)染色剂的界定并非由染料溶液的pH值决定的，而是根据染料物质中助色基团电离后所带的电荷来决定的。一般来说，助色基团带正电荷的染色剂为碱性染色剂，反之则为酸性染色剂。以高中阶段学生实验常用的醋酸洋红和龙胆紫两种碱性染料为例，看碱性染料的pH值。。首先，从配制方法上看。龙胆紫染液的配制过程：取龙胆紫溶解在2％乙酸溶液，直到溶液不变成深紫色为止；醋酸洋红的配制过程：取100mlA5％乙酸，煮沸30s，加入1g洋红，搅拌，再煮2～这两种碱性染料的配制过程中用到的溶剂都是乙酸。

染色原理^[2]

细胞核中的染色质(体)内含有脱氧核糖核酸(即DNA)，属酸性物质，可电离出H，而使自身带负电荷，所以它能与碱性染料(如龙胆紫)电离出的带正电荷的助色基团通过电荷问的引力作用牢固结合，从而被染料染上颜色。在“植物细胞有丝分裂的观察”实验中，若用盐酸解离后不漂洗直接染色，则由于盐酸是一种强酸，而脱氧核糖核酸是一种弱酸，盐酸的存在会抑制脱氧核糖核酸的电离，从而使脱氧核糖核酸无法与龙胆紫中带正电荷的助色基团结合，这样染色质就无法被染上颜色。

主要参考资料

[1] 精细化工辞典

[2] 碱性染料

[3] 中国大百科全书（化工卷）

[4] 碱性染料在贵金属催化光度法中的应用