Chromismus a jeho aplikace I

Viková, M. :

Chromismus a jeho aplikace I

Chromismus a jeho aplikace I M. Viková LCAM DTM FT TU Liberec, [email protected]

Přednášky z : Textilní fyzika

Viková, M. :


Teorie barevnosti organických látek I Každá molekula barviva má určitý obsah energie a je schopna absorbovat energetická kvanta světelné energie, tj. fotony. Pohlcení fotonů molekulou barviva však není libovolné. Pohlcuje se totiž vždy jen takové záření, jehož energie je shodná nebo velmi podobná energii molekuly barviva. Tento poznatek vysvětluje, proč barevný vjem vzniká právě selektivní absorpcí určité vlnové délky. HYPERCHROMNÍ

HYPSOCHROMNÍ

BATOCHROMNÍ HYPOCHROMNÍ

Α

λ Přednášky z : Textilní fyzika

Viková, M. :


Teorie barevnosti organických látek II • Je-li do bezbarvé organické sloučeniny zavedena nenasycená skupina (chromofor), např.:

• vznikne barevná sloučenina (chromogen), např. azobenzen nebo antrachinon, která však ještě není barvivem, neboť její barevnost je slabá. • Teprve zavedení další skupiny (auxochromu), např. OH, -NH2, -SH, barvu zintenzivní a molekula se stává barvivem.


Viková, M. :


Excitační energie a dlouhovlnné absorpční pásy aromátu


Viková, M. :


Klasická barviva

C.I. Reactive Red 45


Viková, M. :


Funkční barviva I Funkční barviva je možno využít jako senzory Základní východiska : 9 1) senzor je integrální součástí oděvu 9 2) vizuální indikace podnětu 9 3) nízká pořizovací cena PODNĚT

REVERZACE

textilní senzor po iniciaci testovaným podnětem změní svou barvu Přednášky z : Textilní fyzika

Viková, M. :


Funkční barviva II •• Ionochromní Ionochromní látky látky –– indikace indikace iontů iontů •• Hygro-chromní Hygro-chromní látky látky –– indikace indikace vlhkosti vlhkosti •• Solvato-chromní Solvato-chromní látky látky –– indikace indikace rozpouštění rozpouštění •• Chemo-chromní Chemo-chromní látky látky –– indikace indikace chemikálií chemikálií (nebezpečné (nebezpečné plyny, plyny, chemické chemické bojové bojové látky látky atd.) atd.) •• Elektro-chromní Elektro-chromní látky látky –– indikace indikace napětí napětí •• Piezo-chromní Piezo-chromní látky látky –– indikace indikace tlaku tlaku •Termo-chromní •Termo-chromní látky látky –– indikace indikace teploty teploty •• Foto-chromní Foto-chromní látky látky –– indikace indikace UV, UV, VIS VIS aa NIR NIR záření záření


Viková, M. :


Iono-chromní látky I Ionochromismus Ionochromismuslze lzecharakterizovat charakterizovatjako jakojev jevvyvolaný vyvolanýinterakcí interakcí činidel činidelnebo nebomateriálů materiálůssiontovými iontovýmičásticemi, částicemi,který kterýje je doprovázená doprovázenázměnou změnoubarevného barevnéhoodstínu. odstínu. Základní Základníiontovou iontovoučásticí částicíjejevodíkový vodíkovýproton, proton,který kterýzpůsobuje způsobujevznik vznik halochromní, halochromní,acidochromní acidochromnínebo nebopH pHsenzitivity. senzitivity. Základní Základnítřídy třídykomerčně komerčnědůležitých důležitých pH pHsenzitivních senzitivních barviv barvivjsou: jsou: •ftalidy, •ftalidy, •triarylmetany, •triarylmetany, •fluorany. •fluorany. Některá Některájednoduchá jednoducháazová azovábarviva, barviva,styrylová styrylovábarviva barvivaaaindofenoly indofenolyobsahují obsahují chromofóry, chromofóry,které kterépři připrotonaci protonacireagují reagujíbarevnou barevnouzměnou. změnou. Pro Proúčely účelybarevných barevnýchindikátorů indikátorůnebo nebosenzorů senzorůmůže můžebýt býtpoužitá použitáširoká široká škála škálachelátových chelátovýchligandů ligandůsskovovými kovovýmiionty. ionty. Přednášky z : Textilní fyzika

Viková, M. :


Iono-chromní látky II - Ftalidy

Ionizační Ionizačnícesta cestafenolftaleinů fenolftaleinů

Barevná formace v krystalu violeťového laktamu


Viková, M. :


Iono-chromní látky III Leukotriarylmetany Tmavě Tmavěmodrá modrábáze bázepH pHsenzitivních senzitivních leukotriarylmetanů leukotriarylmetanů

Fluorany

Ionochromismus u fluoranů


Viková, M. :

•• •• ••


Aplikace ionochromismu I Ionochromismus Ionochromismusmá máněkolik několikvelmi velmidůležitých důležitých technologických technologickýchaplikací. aplikací. Původně Původněse sepoužívala používalapH pHsenzitivních senzitivníchbarviva barvivajako jako reversibilních reversibilníchindikátory indikátoryvvanalytické analytickéchemii chemiike ke stanovení stanoveníkoncentrace koncentracekovových kovovýchiontů. iontů. Variace Variacevvodstínech odstínechuuněkterých některýchbarviv barvivse sezměnou změnou pH pHmohou mohoubýt býttaké takévyužity využitykkvizuální vizuálnízměněně změněně barevného barevnéhoodstínu odstínuvvmnoha mnohafyzikálních fyzikálníchprostředí. prostředí.


Viková, M. :


Aplikace ionochromismu II

Indikátor

R1

R2

Ph rozsah

λMAX Báze

λMAX Azonium

Metyl oranž

H

SO3H

3,1 Červená 4,4 žlutá

442

506

Metyl červeň

CO2H

H

4,4 červená 6,2 žlutá

435

520

Protonizace Protonizaceazových azovýchbarviv barvivjejepoužívána používánajako jakometoda metodapro provýrobu výrobuanalytických analytických indikátorů. indikátorů.Zejména Zejménajejeznámá známáMetyl Metyloranž oranžaaMetyl Metylčerveň, červeň,kde kdebarevné barevnézměny změny jsou jsouzpůsobeny způsobenyformací formacíazoniového azoniovéhotautomeru tautomeru Přednášky z : Textilní fyzika

Viková, M. :


Chemo-chromní senzory I

Používání Používáníspeciálních speciálníchochranných ochrannýchoděvů oděvůpro pro chemicky chemickynebezpečná nebezpečnáprostředí prostředívyžaduje vyžadujestanovení stanovení míry míryjejich jejichbezpečnosti bezpečnostiaaspolehlivosti. spolehlivosti.Jedním Jednímze ze způsobů způsobůhodnocení hodnocenítzv. tzv.bariérových bariérovýchvlastností vlastnostíjeje testování testovánítěchto těchtooděvů oděvůpři přičinnosti činnostivvprostředí prostředí modelového modelovéhoplynu. plynu. Ve Vespolupráci spolupráciSÚJCHBO SÚJCHBOaaLCAM LCAMTF TFTU TULiberec Liberec byl bylvyvinut vyvinutchemochromní chemochromnísenzorický senzorickýsystém, systém,který který umožňuje umožňujeindikovat indikovatmnožství množstvíaadistribuci distribucitestačního testačního plynu, plynu,který kterýpronikl proniklochranným ochrannýmoděvem. oděvem. Přednášky z : Textilní fyzika

Viková, M. :


Chemo-chromní senzory II – formulace problému musíme musímeznát znátreálnou reálnouochranu, ochranu,resp. resp.odolnost odolnostoděvu oděvuvůči vůči nebezpečným nebezpečným plynům plynům


Viková, M. :


Chemo-chromní senzory III Dosavadní Dosavadnízpůsob způsobvyhodnocování vyhodnocování jejezaložen založenna nasystému systémulokálních lokálních pasivních pasivníchdozimetrů dozimetrů(např. (např.textilií textilií ssaktivním aktivnímuhlím uhlímnebo neboTenaxem) Tenaxem) ––tento tentozpůsob způsobjejekomplikovaný komplikovanýaa pracný, pracný,(vyhodnocování (vyhodnocovánídozimetrů dozimetrů pomocí pomocíplynové plynovéchromatografie) chromatografie)

Richard B. Belmonte Zpráva z roku 1998 Přednášky z : Textilní fyzika

Viková, M. :



Viková, M. :


Chemo-chromní senzory IV Nový Novýzpůsob způsobumožňuje umožňujeindikovat indikovatprůnik průnikurčitým určitým místem místembarevnou barevnouzměnou změnouspeciálního speciálníhopodvleku podvlekupo po reakci reakciplynu plynussvhodným vhodnýmindikátorem. indikátorem.Tato Tatobarevná barevná změna změnaje jeve veviditelné viditelnéoblasti oblastispektra spektraaaumožňuje umožňuje kvantitativní kvantitativnívyhodnocení vyhodnocenímnožství množstvíproniklého pronikléhoplynu. plynu. Tomuto Tomutomnožství množstvíodpovídá odpovídánejen nejenintenzita intenzitabarevné barevné změny, změny,ale alesoučasně současněiivelikost velikostplochy, plochy,na nakteré kterése setato tato změna změnanachází. nachází. Jinými Jinýmislovy, slovy,pronikající pronikajícíplyn plynnejintenzivněji nejintenzivnějireaguje reaguje vvmístě místěkonkrétního konkrétníhoprůniku, průniku,avšak avšakdíky díkydifúzi difúziaa proudění prouděníje jejeho jehostopa stopapostupně postupněrozmývána, rozmývána,takže takže mohou mohouvznikat vznikatoblasti oblastisspostupným postupnýmubýváním ubýváním intenzity intenzitybarevné barevnézměny. změny. Přednášky z : Textilní fyzika

Viková, M. :


Chemo-chromní sensory V Dávkou Dávkouse serozumí rozumísoučin součin C.t C.t, ,kde kdeCC--koncentrace koncentraceplynu plynuaatt--doba dobapůsobení působení Relationship between dE* colour difference and C.t dose 60.00 50.00 40.00

dE*

Relationship between C.t dose and remission at different wavelength 140 120

20.00

100

%R

30.00

80 60

10.00

40 20 0 400

450

500

550

600

650

700

wavelength (nm)

0.00 0

standard

1.13

2.27

3.4

4.54

6.8

7.94

9.07

10.21

11.34

5.67

3

6

C.t


9

12

Viková, M. :


Biochromismus I

Indikace toxinů cholery pomocí GM1 gangliosidu fixovaného na polydiacetylenovém filmu Přednášky z : Textilní fyzika

Viková, M. :


Biochromismus II Cholinové deriváty –např: Dimyristoylphosphatidylcholinupolydiacetylenu (PDA):

i) 3:2; ii) 1:1; iii) 2:3; and iv) pure PDA

Biochromní indikace virů chřipky Přednášky z : Textilní fyzika

Viková, M. :


Elektro-chromní látky I

Je Jeznám známjako jakojev, jev,kdy kdyelektroaktivní elektroaktivnílátky látkymění měnísvůj svůjbarevný barevný odstín odstínpři při elektronovém elektronovémpřenosu přenosunebo nebooxidačně oxidačněredukčním redukčnímprocesu. procesu.Tento Tentojev jev normálně normálně dovoluje dovolujepřechod přechodelektrického elektrickéhoproudu proudunebo nebopotenciálu potenciáluaajejereversibilní. reversibilní.


Viková, M. :


Elektro-chromní látky II Během Běhemprocesu procesu zabarvování zabarvování elektrochromních elektrochromníchčlánků článků tokem tokemnáboje nábojejedním jedním směrem směremmůže můžebýt býtbarva barva vytvářena vytvářenajednou jednounebo nebo oběma elektrodami nebo oběma elektrodami nebovv elektrolytických elektrolytických přiléhavých přiléhavýchelektrodách. elektrodách. Když je barva Když je barvavytvářena vytvářena negativní elektrodou negativní elektrodoujeje tento tentojev jevnazýván nazývánjako jako katodové katodovézabarvení zabarveníaa opačně opačně anodou anodoupak pak anodové zabarvení. anodové zabarvení.Tyto Tyto dva typy článků jsou dva typy článků jsou zobrazeny zobrazenyna naobr. obr. Přednášky z : Textilní fyzika

Viková, M. :


Elektro-chromní látky III Typy Typyelektrochromních elektrochromníchlátek látek: : •Roztoky •Roztokyelektrochromů elektrochromů •Elektrochromní •Elektrochromníchemikálie chemikálie •Pruská modř •Pruská modř •Metalftalocyaniny •Metalftalocyaniny •Viologeny •Viologeny(kvarterní (kvarternísoli soli4,4’-bipyridinu) 4,4’-bipyridinu) •Polymerní elektrochromy •Polymerní elektrochromy Mnoho Mnohoaromatických aromatickýchcyklických cyklickýchsystémů systémů včetně anilinů, pyrrolů a thiofenů včetně anilinů, pyrrolů a thiofenů-konjugovaných konjugovanýchelektroaktivních elektroaktivníchpolymerů polymerů se během oxidace nebo redukce se během oxidace nebo redukcemění měnízz neutrální neutrálníbezbarvé bezbarvéformy formyna nabarevnou barevnou formu, formu,při přisoučasné současnézměně změněiontového iontového čísla. čísla.Jsou Jsouproto protoužívány užíványtaké takéve veformě formě elektrochromů v pevné fázi v tenkých elektrochromů v pevné fázi v tenkých filmech filmech Přednášky z : Textilní fyzika

Viková, M. :


Aplikace elektrochromismu

Bistabilní cholesterolové displeje

Elektrochromní automobilová zpětná zrcátka - zatmavování Jednoduchý textilní displej(elektroluminiscence) Přednášky z : Textilní fyzika

Barevná elektrochromní okna na bázi TiO2 filmů

Viková, M. :


Piezo a tribochromismus Piezo a tribochromismus jsou v obou případech jevy, kdy dochází k barevné změně v důsledku mechanického působení. V prvním případě tlaku a v druhém případě třením nebo broušením. Bylo nalezeno několik systémů vykazujících toto chování, které zatím ale nemají komerční využití. K takovýmto látkám řadíme poly(3-alkylthiofeny), které mění svojí barvu v důsledku působení tlaku. Např. tenký film poly( 3- dodecylthiofenu), který je neplanární při vysokých teplotách s absorpčním maximem v 520 nm. S batochromním posuvem při zvyšování tlaku dosahuje maxima absorpce 520 nm při tlaku 8 kbar.


Viková, M. :


Piezochromní látky


Chromismus a jeho aplikace I

Recommend Documents