Изучение изменения окраски частей организма у растений. Изменение окраски продуктов Опыт5. Обесцвечивание антоцианов сернистым газом

Олдридж пишет: «… Осьминоги удивительно быстро и гармонично окрашиваются под цвет окружающей их местности, и, когда вы, подстрелив одного из них, убьете или оглушите его, он не сразу потеряет способность менять окраску. Это я наблюдал однажды сам, положив добытого осьминога на газетный лист для разделки. Осьминог моментально изменил окраску, сделавшись полосатым, в белую и черную полоску!» Ведь он лежал на печатной странице и скопировал ее текст, запечатлев на своей коже чередование черных строк и светлых промежутков. По видимому, осьминог этот не был совсем мертв, глаза его еще воспринимали оттенки меркнущих красок солнечного мира, который он навсегда покидал.

Даже среди высших позвоночных животных немногие обладают бесценным даром изменять по прихоти или необходимости окраску кожи, перекрашиваться, копируя оттенки внешней декорации.

Моллюски, членистоногие и позвоночные - три высшие ветви эволюционного развития животного мира, и только среди них находим мы искусных «хамелеонов», способных изменять окраску сообразно с обстоятельствами. У всех головоногих моллюсков, у некоторых раков, рыб, земноводных, пресмыкающихся и насекомых спрятаны под кожей эластичные, как резина, клетки. Они набиты краской, словно акварельные тюбики. Научное название этих чудесных клеток - хроматофоры. (У млекопитающих и птиц, тоже высших животных, нет в коже хроматофоров, так как, скрытые под шерстью и перьями, они были бы бесполезны).

Каждый хроматофор - микроскопический шарик (когда пребывает в покое) или точечный диск (когда растянут), окруженный по краям, будто солнце лучами, множеством тончайших мускулов - дилататоров, то есть расширителей. Лишь у немногих хроматофоров только четыре дилататора, обычно их больше - около двадцати четырех. Дилататоры, сокращаясь, растягивают хроматофор, и тогда содержащаяся в «ем краска занимает в десятки раз большую, чем прежде, площадь. Диаметр хроматофора увеличивается в шестьдесят раз: от размеров иголочного острия до величины булавочной головки. Иными словами, разница между сократившейся и растянутой цветной клеткой столь же велика, как между двухкопеечной монетой и автомобильным колесом.

Когда мускулы расширители расслабляются, эластичная оболочка хроматофора принимает прежнюю форму.

Дилататоры, пожалуй, самые неутомимые труженики из всех мышц, производящих работу в животном царстве. Они не знают усталости. Экспериментаторы Хилл и Соландг установили, что сила их сокращения нисколько не уменьшается даже после получасового напряжения, вызванного воздействием электрического тока.

Все другие неутомимые мышцы животных (и сердечная и мускулы крыльев) работают в пульсирующем ритме, когда за периодом сокращения следует пауза отдыха. Дилататоры часами и без перерыва остаются в напряжении, поддерживая на коже нужную окраску.

Хроматофор растягивается и сокращается с исключительной быстротой. Он изменяет свой размер за 2/3 секунды, а по другим данным, еще быстрей - за 1/2 секунды.

Каждый дилататор соединен нервами с клетками головного мозга.» осьминогов «диспетчерский пункт», заведующий сменой декораций, занимает в мозгу две пары лопастевидных долей. Передняя пара контролирует окраску головы и щупалец, задняя - туловища. Каждая лопасть распоряжается своей, то есть правой или левой стороной. Если перерезать нервы, ведущие к хроматофорам правой стороны, то на правом боку моллюска застынет одна неизменная окраска, в то время как его левая половина будет играть колерами разных цветов.

Какие органы корректируют работу мозга, заставляя его изменять окраску тела точно в соответствии с фоном окрестностей?

Глаза. Зрительные впечатления, полученные животным, по сложным физиологическим каналам поступают к нервным центрам, а те подают соответствующие сигналы хроматофорам. Растягивают одни, сокращают другие, добиваясь сочетания красок, наиболее пригодного для маскировки. Слепой на один глаз осьминог теряет способность легко менять оттенки на безглазой стороне тела.. Исчезновение цветовых реакций у ослепленного осьминога не полное, потому что изменение окраски зависит также и от впечатлений, полученных не только глазами, но и присосками. Если лишить осьминога щупалец или срезать с них все присоски, он бледнеет и, как ни пыжится, не может ни покраснеть, ни позеленеть, ни стать черным. Уцелеет на щупальцах хотя бы одна присоска - кожа спрута сохранит все прежние оттенки.

Хроматофоры головоногих содержат черные, коричневые, красно бурые, оранжевые и желтые пигменты. Самые крупные - темные хроматофоры, в коже лежат они ближе к поверхности. Самые мелкие - желтые. Каждый моллюск наделен хроматофорами только трех каких нибудь цветов: коричневыми, красными и желтыми, либо черными, оранжевыми и желтыми. Их сочетание, конечно, не может дать всего разнообразия оттенков, которыми знамениты головоногие моллюски. Металлический блеск, фиолетовые, серебристо голубые, зеленые и голубовато опаловые тона сообщают их коже клетки особого рода - иридиоцисты. Они лежат под слоем хроматофоров и за прозрачной оболочкой прячут множество блестящих пластиночек. Иридиоцисты заполнены, словно комнаты смеха в парках, рядами зеркал, целой системой призм и рефлекторов, которые отражают и преломляют свет, разлагая его на великолепные краски спектра.

Богатством расцветок и совершенством маскировки головоногие моллюски далеко превосходят прославленного хамелеона. Он просто был бы посрамлен, как несчастный Марсий лучезарным Аполлоном, если бы задумал состязаться в игре красок с осьминогом или каракатицей. Раздраженный осьминог из пепельно-серого через секунду может стать черным и снова превратиться в серого, продемонстрировав на своей коже все тончайшие переходы и нюансы в этом интервале красок. Бесчисленное разнообразие оттенков, в которые окрашивается тело осьминога, можно сравнить лишь с изменчивым цветом вечернего неба и моря.

К этой изумительной игре красок осьминоги прибегают в критические минуты жизни, чтобы ошеломить, напугать врага. «Если вы, - пишет Олдридж, - заметив осьминога, начнете толкать его ружьем, он постарается отпугнуть вас, все время меняясь в окраске, а это чудесное зрелище. Он будет сгибаться и извиваться, раздувать свое тело так, чтобы показаться огромным, будет вытягивать, шевелить и вновь сокращать свои щупальца, делать вид, что готов напасть на вас; он начнет выпучивать и закатывать глаза, видимо, пытаясь убедить вас в достоверности всех страшных историй, рассказываемых про него. И если это не устрашило вас, тогда он обдаст вас чернильной струей и в смятении исчезнет с такой невероятной быстротой, что оставит вас в недоумении: почему ему сразу не начать было с бегства?»

Изменение цвета кожи - своего рода мимический язык спрута. Игрой красок он выражает свои чувства - и страх, и раздражение, напряженное внимание, и любовную страсть. Фейерверком цветовых вспышек угрожает соперникам, привлекает самку.. Их калейдоскоп чувств составлен из золотисто оранжевых и буро красных тонов. Когда кальмара не обуревают эмоции, он бесцветен и полупрозрачен, как матовое стекло. Тогда чернильный мешок черным провалом зияет на молочном теле животного призрака. Этому обстоятельству кальмар и обязан своим названием. Слово «кальмар» происходит от итальянского «calamaio», что значит «сосуд с чернилами». Раздражаясь, кальмар становится пунцовым или оливково-бурым, и его «чернильница» исчезает за потемневшими покровами.

Руководитель: учитель

биологии высшей кв.

нительного образования

г. Ростов, 2012

1. Введение_____________________________________________________________ 3

2. Обзор литературы____________________________________________ _______ 4-11

3. Методика исследования _____________________________________________12-14

4. Результаты исследований ____________________________________________15-17

5. Выводы_____________________________________________________________ 18

6. Заключение_____ _____________________________________________________19

7. Литература___________________________________________________________19

8. Приложения__________________________________________________________20

1.Введение

На экскурсии «Сезонные изменения в жизни растений», мы наблюдали явление листопада, и нам стало интересно узнать, почему листья, а также цветы и плоды растений могут изменять свою окраску?

Цель исследования : выяснить причины изменения окраски листьев, плодов, цветов у растений.

Задачи исследования:

· Изучить литературу по данной теме.

· Исследовать вещества, входящие в состав растительного организма.

· Провести опыты, позволяющие выяснить причины изменения окраски пигментов.

· Узнать, какую роль играют в жизни растений и человека растительные пигменты.

Объект исследования: различные части растительного организма

Предмет исследования: растительные пигменты

Гипотеза исследования: мы считаем, что изменение окраски частей растений происходит под влиянием факторов окружающей среды.

Методы исследования: описательный, сравнительный, экспериментальный, биохимический , моделирования.

Методика для проведения опытов взята из книги, Фенчук опыты с растениями.

2.Обзор литературы

Осенние краски

Непременный признак осени - изменение цвета листвы, которое совпадает с началом формирования отделительного слоя. У каждого вида растений своя, характерная окраска листвы. У ольхи, робинии осенняя окраска выражена слабо. Листья липы - желто-зеле­ного цвета, тополей и берез - желтого. Прекрасны окрашенные в красные тона листья дуба красного, ирги канадской, гру­ши обыкновенной, бересклета европейского.

Это многообразие оттенков обусловлено различным сочетанием в осенних листьях трех групп пигментов: желто-оранжевых каротиноидов, зеленых хлорофиллов и красных антоцианов.

Изменение окраски листьев всегда начи­нается с прекращения синтеза хлорофилла. Имеющийся в хлоропластах хлорофилл на­чинает постепенно разрушаться: у одних видов -полностью (листья дуба), у других-ча­стично (слива).

В хлоропластах зеленых листьев всегда присутствуют 2 группы пигментов: зеленые

хлорофиллы и желто-оранжевые каротиноиды. Каротиноиды маскируются хлорофиллом, по­этому в зеленых листьях не заметны. В отли­чие от хлорофиллов, каротиноиды более устойчивы, осенью распад их идет гораздо мед­леннее, а у некоторых видов количество их да­же возрастает. В конечном итоге цвет листа будет зависеть от того, способен ли данный вид к синтезу в листьях антоцианов.

У деревьев и кустарников, не образующих в листьях антоцианы, в результате осеннего рас­пада хлорофилла становятся заметными каротиноиды, листья приобретают различные оттенки желтого, желто-зеленого цвета.

Игра цветов

Кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки, осенней листвы, даров сада и поля? Но далеко не всем известно, отку­да у природы такая богатая палитра цветов. Всей этой красотой обязаны мы специальным красящим веществам - пигментам, которых в растительном мире известно около 2 тысяч .

Цвет вещества, в том числе и пигмента, определяется его способностью к поглощению света. Если свет, падающий на вещество или какой-либо орган растения, равномерно отра­жается, они выглядят белыми. Если же все лучи поглощаются, объект воспринимается как черный. Человеческий глаз способен раз­личать до 300 оттенков ахроматического, т. Е. нецветного, серого цвета. Если вещество по­глощает только отдельные участки видимой части солнечного спектра, оно приобретает определенную окраску.

Электромагнитные волны с длиной волны 400-700 нм составляют видимую часть солнеч­ного излучения. В этой части спектра выде­ляются отдельные участки: с длиной волны 400-424 нм - фиолетовый цвет, 424-491 нм - синий, 491-550 нм - зеленый, 550-585 нм - желтый, 585-647 нм - оранжевый, 647-740 нм - красный. Излучение с длиной волны меньше 400 нм - ультрафиолетовая, а с длиной волны более 740 нм - инфракрас­ная область спектра.

Зрительный аппарат человека способен раз­личать до 10 млн различных хроматических, т. Е. окрашенных, цветов и оттенков. Макси­мальное цветоразложение солнечного света приходится на 13-15 часов. Именно в это время луг, поле кажутся нам, наиболее ярко и пестро расцвеченными.

Антоцианы – красящие вещества в клетках растений

Широко распространенными в растительном мире красящими веществами являются и антоцианы. В отличие от хлорофилла они не связаны внутри клетки с пластидными образованиями, а чаще всего растворены в клеточном соке, иногда встречаются в виде мелких кристаллов. Антоцианы легко извлечь из любых синих или красных частей растения. Если, к примеру, прокипятить нарезанный корнеплод столовой свеклы или листья краснокочанной капусты в небольшом количестве воды, то скоро она окрасится от антоциана в лиловый или грязно-красный цвет. Но достаточно к этому раствору прибавить несколько капель уксусной, лимонной, щавелевой или любой другой кислоты, как он сразу же примет интенсивную красную окраску. Присутствие антоцианов в клеточном соке растений придает цветкам колокольчиков синий цвет, фиалок – фиолетовый, незабудок – небесно-голубой, тюльпанов, пионов, роз, георгинов – красный, а цветкам гвоздик, флоксов, гладиолусов – розовый. Почему же этот краситель является таким многоликим? Дело в том, что антоциан в зависимости от того, в какой среде он находится (в кислой, нейтральной или щелочной), способен быстро изменять свой оттенок. Соединения антоциана с кислотами имеют красный или розовый цвет, в нейтральной среде – фиолетовый, а в щелочной – синий.

Поэтому в соцветиях медуницы лекарственной можно одновременно найти полураспустившиеся цветки с розоватым венчиком, расцветшие – пурпуровой окраски и уже отцветающие – синего цвета. Это обусловлено тем, что в бутонах клеточный сок имеет кислую реакцию, которая по мере распускания цветков переходит в нейтральную, а потом и в щелочную. Подобные изменения окраски лепестков наблюдаются и у цветков жасмина комнатного, незабудки болотной, синюхи голубой, льна обыкновенного, цикория обыкновенного и сочевичника весеннего. Возможно, такие «возрастные» явления в цветке частично связаны и с процессом его оплодотворения. Имеются сведения, что насекомые-опылители у медуницы посещают только расцветшие розовые и пурпурные цветки. Но только ли окраска венчика при этом служит для них ориентиром?

Естественные красители содержатся не только в цветках, но и в других частях растений, играя многостороннюю роль. Взять хотя бы не бросающуюся в глаза окраску клубней картофеля. У клубней картофеля различная окраска кожуры, глазков, проростков и мякоти также зависит от содержания в них фенольных соединений, иначе называемых биофлавоноидами. Они имеют разнообразную гамму красок: белую, желтую, розовую, красную, синюю, темно-фиолетовую и даже черную. Картофель с черной окраской кожуры клубней растет на его родине на острове Чилоэ. Различная окраска картофельной кожуры и мякоти зависит от содержащихся в них следующих биофлавоноидов: белая – от бесцветных лейкоантоцианов или катехинов, желтая – от флавонов и флавоноидов, красная и фиолетовая – от антоцианов. Группа антоцианов наиболее многочисленна, насчитывает около 10 видов. В нее входят и дающие пурпурный и розовый цвета пионидин, пеларгонидин и мальвидин, и окрашивающие в синий цвет цианидин и дельфинидин, и бесцветный пигмент петунидин. Установлено, что окрашенные клубни картофеля, как правило, богаче необходимыми для нашего организма веществами. Так, например, клубни с желтой мякотью имеют повышенное содержание жира.

За счет способности антоцианов менять свою окраску можно наблюдать изменение цвета клубней картофеля в зависимости от состояния погоды, интенсивности освещения, реакции почвенной среды, применения минеральных удобрений и ядохимикатов. При выращивании картофеля на торфяных почвах, например, клубни часто имеют синеватый оттенок, при внесении фосфорного удобрения они бывают белыми, сульфат калия может придать им розовый цвет. Окраска клубней нередко меняется и под влиянием ядохимикатов, содержащих медь, железо, серу, фосфор и другие элементы.

Сказочная осенняя окраска листьев с оранжевыми, красно-бурыми и красными оттенками тоже зависит от содержания в их клеточном соке антоцианов. Наиболее активному процессу их образования в этот период способствуют понижение температуры, яркое освещение и задержка по этим причинам в листве питательных веществ, особенно сахаров.

Наблюдения свидетельствуют также о том, что фиолетовая окраска семян, листьев и стеблей у растений является индикатором на содержание в них углеводов – сахарозы, фруктозы и глюкозы, в значительной степени обусловливающих холодостойкость растений. По этому характерному показателю (тесту) в перспективе можно будет оперативно вести предварительный отбор на морозоустойчивость и повышенное содержание сахаров, что особенно необходимо при выведении новых сортов многолетних кормовых трав.

В листьях липы мелколистной, березы повислой, вяза шершавого вместо антоцианов в основном содержатся каротиноиды (каротины и ксантофиллы). В этом случае перед листопадом после разрушения хлорофилла листья приобретают золотисто-желтую окраску.

Следовательно, багряные оттенки, в которые окрашиваются многие наши деревья перед листопадом, не играют какой-либо особой физиологической роли, а являются лишь показателем затухания процесса фотосинтеза, предвестником наступления периода зимнего покоя растений.

Откуда же осенью появляются антоциан и ксантофилл? Оказывается, что в зеленых листьях деревьев с самого начала их жизни одновременно содержатся и хлорофилл, и антоциан (или ксантофилл). Однако антоциан и ксантофилл имеют менее интенсивную плотность окраски, поэтому они становятся заметными только после того, как под воздействием определенных условий окружающей среды произойдет разрушение зерен хлорофилла. В ноябре – декабре, когда образование хлорофилла сдерживается недостатком солнечного света и его неполным спектром, у комнатных роз молодые побеги и распускающиеся листья имеют ярко-красный цвет. При ярком солненом освещении они сразу стали бы зелеными.

У некоторых растений изменение зеленой окраски листьев на красную носит обратимый характер. Наглядным примером этого является поведение многих видов алоэ , культивируемых в комнатных условиях. Зимой и ранней весной, пока солнечный свет еще сравнительно слаб, они окрашены в зеленый цвет. Но если эти растения в июне или июле выставить на яркое солнечное освещение, их листья станут красно-бурыми. Перенесение же растений в затененное место снова обеспечит быстрое возвращение листьям зеленой окраски.

Желтая окраска цветков происходит от содержащихся в них флавонов (каротина, ксантофилла и антохлора), которые в соединении со щелочами дают довольно широкий спектр оттенков от ярко-оранжевого до бледно-желтого.

Среди многообразия красок в растительном мире довольно значительное место занимает белый цвет. Но для того чтобы его создать, обычно не нужно никакого красящего вещества. Он обусловлен наличием воздуха в межклеточных пространствах растительных тканей, который полностью отражает свет, благодаря чему лепестки цветка кажутся белыми. Это можно наблюдать на примере цветущих растений нивяника обыкновенного, кувшинки белой, ландыша майского и др. За счет плотного опушения белую окраску имеют и растения эдельвейса альпийского, сушеницы топяной, жабника полевого, мать-и-мачехи. Содержащийся в омертвевших волосках воздух также в результате отражения света делает их опушенную поверхность белой. А белая окраска березовой коры, придающая в любое время года стволам березы нарядный вид, обусловливается наполняющими клетки перидермы снежно-белыми нитевидными кристаллами бетулина («березовой камфоры»).

Влияние элементов природной среды на окраску растений

Под влиянием избытка некоторых элементов в природной среде изменяется окраска листьев, цветков, плодов и других органов растений.

Наиболее часто при избытке того или иного элемента возникает явление хлороза – утрата зеленой окраски, сопровождаемая пожелтением, а иногда даже побелением листьев. Пожелтение может быть сплошным или мозаичным. В основе его лежит более интенсивное разрушение хлорофилла, вызванное активизацией ферментных систем деградации зеленого пигмента, высвобождением хлорофилла из связанного состояния. Вместе с тем в ряде случаев пожелтение вызывается торможением синтеза хлорофилла. Когда же листья белеют, то разрушается не только хлорофилл, но и желтые пигменты – каротиноиды.

К возникновению на листьях белых пятен ведет, например, избыток в почве алюминия . В Фергане у полыней, произрастающих на почвах, содержащих много железа, листья первоначально становятся интенсивно-зелеными, а затем резко изменяют свою окраску на ярко-желтую. Значительная концентрация в почве лития делает листья цитрусовых пятнистыми. Зеленая окраска листьев ананаса и калифорнийского мака на почвах с повышенным содержанием марганца блекнет. Хлороз листьев может развиться вследствие обилия в почве меди.

Избыток подвижного циркония приводит к омертвлению тканей листьев. При этом между отмершими участками могут сохраняться зеленые зоны. Хлороз, вызванный перенасыщением цинка, распространяется от верхушки листа к основанию.

В некоторых случаях листья приобретают не желтую, а иную окраску. Так, например, почернение хвои сосны в ряде случаев может указывать на повышенное содержание в почвах и подстилающих породах платины. Характерные изменения наблюдаются у смолевки, поглотившей много свинца. Ее листья и стебли становятся темно-красными. При избытке меди стебли иногда приобретают багровый оттенок.

Иногда изменяется и окраска плодов. Так, например, у голубики обилие в почве урана приводит к формированию не темно-синих, а белых или зеленоватых плодов. Можно предположить, что это вызвано нарушением синтеза пигментов антоциановой природы в плодах.

Однажды в Восточной Сибири геологи обратили внимание на необычную окраску древесины берез и осин – она была неестественно зеленого цвета. Когда сделали химический анализ ее золы, то в ней оказалось много бария и стронция.

У лиственницы при избытке кобальта разные поколения шишек, а их, как отмечалось, бывает 2-3 за летний сезон, окрашены по-разному. В апреле возникают шишки белого цвета, которые после засыхания сменяются шишками розового цвета. В июне розовые шишки засыхают и опадают, а вместо них появляются желтые. Наконец, в июле вырастают зеленые шишки, но постепенно они становятся зелено-бурыми или даже бурыми. Ученые проследили за изменением содержания кобальта в шишках разного возраста и установили, что в белых, розовых и желтых шишках содержится в 2 раза больше кобальта, чем в зеленых. В буреющих шишках этот элемент снова начинает накапливаться.

Изменение окраски листьев, цветков, плодов и других органов растений – довольно существенный признак, облегчающий геологам поиск полезных ископаемых . Пользуются им издавна. В средние века советовал присматриваться к окраске листвы, ветвей и древесины немецкий специалист в области горного дела и металлургии Георг Агрикола (). Этим признаком руководствуются геологи и в настоящее время, только теперь улавливать цветовые изменения у растений предпочитают не на глазок, а с помощью приборов.

Антоцианы и их полезные свойства

Всякий раз, когда вы лакомитесь вкусными ягодами, задаетесь ли вы вопросом о том, почему матушка-природа наградила их тем или иным насыщенным, радующим глаз цветом. Почему черника такая иссиня-черная, а малина такая сочно-красная? Ответ прост: цвет ягод, а также фруктов и овощей зависит исключительно от таких пигментов-красителей красного, фиолетового, синего и бордового цветов которыми являются антоцианы, содержащиеся в цветках, фруктах, листьях, корнях и стеблях.

Природной функцией антоцианов является окраска кожицы фруктов с целью привлечения представителей фауны и дальнейшего естественного распространения семян, придание ярко-красных и фиолетовых оттенков цветкам для привлечения опыляющих насекомых, а также выполнение роли мощных антиоксидантов для защиты растений от воздействия радикалов, которые образуются в результате процесса метаболизма и под воздействием ультрафиолетового света. Их антиоксидантная функция и есть одной из наиглавнейших причин, почему фрукты и овощи с синей, фиолетовой или красной кожицей или мякотью являются крайне полезным источником пищи для человека.

Ряд исследований продемонстрировал несомненную пользу потребления таких растительных пищевых продуктов, в особенности для уменьшения риска возникновения онкозаболеваний, которые, к сожалению, стали в последнее время весьма распространены. Отдельное исследование антоцианов в лабораторных условиях показало их несомненное положительное воздействие на человеческий организм, его укрепление и оздоровление {6}. Растительные продукты, содержащие антоцианы, помогают бороться со следующими недугами и состояниями:

бактериальные инфекции

воспалительные процессы

К продуктам, содержащим рекордное количество антоцианов, относят:

баклажаны (кожица)

краснокочанную капусту

Таким образом, не лишайте себя удовольствия всласть и от души поесть ягоды, овощи и фрукты в сезон, а также побеспокойтесь об их своевременных заготовках на осенний, зимний и весенний период. Укрепляйте свой организм и радуйте свои вкусовые рецепторы в любое время года!

3. Методика исследования

Опыт 1. Какие пигменты содержатся в зеленом листе

Для опыта нужны свежие листья злаков или комнатных растений , 95-процентный эти­ловый спирт, бензин, ступка фарфоровая, пробирка, воронка, ножницы, фильтровальная бумага.

Прежде всего получите вытяжку пигмен­тов. Лучше, если вытяжка будет концентриро­ванной, темно-зеленой. Можно использовать листья любых травянистых, но удобнее всего комнатных теневыносливых растений. Они мяг­че, легче растираются, содержат, как все те­невыносливые растения, больше хлорофилла. Хорошим объектом являются листья каллы (белокрыльника), аспидистры, пеларгонии. Менее пригодны для получения хлорофилльных вытяжек листья бегонии, содержащие в вакуолях много органических кислот, кото­рые при растирании листьев могут частично разрушить хлорофилл.

К измельченным листьям (для опыта до­статочно 1-2 листа пеларгонии) добавьте 5-10 мл этилового спирта, на кончике ножа СаСО3 (мел) для нейтрализации кислот сан­точного сока и разотрите в фарфоровой ступке до однородной зеленой массы. Прилейте еще этилового спирта и осторожно продолжайте растирание, пока спирт не окрасится в интен­сивно-зеленый цвет. Полученную спиртовую вытяжку отфильтруйте в чистую сухую пробир­ку или колбу.

Разделение пигментов по методу Крауса

Убедиться в том, что в спиртовой вытяжке наряду с хлорофиллом присутствуют желтые пигменты, можно, используя их различную растворимость в спирте и бензине.

Для опыта нужны спиртовая вытяжка пигментов, бензин, пробирки, пипетка, цвет­ные карандаши.

В пробирку налейте 2-3 мл вытяжки, столько же бензина и 1-2 капли воды. Закрой­те большим пальцем пробирку, энергично взболтайте в течение 2-3 мин и дайте от­стояться.

Жидкость в пробирке разделится на 2 слоя; бензин, как более легкий, будет наверху, спирт - внизу. Оба слоя приобретут различ­ную окраску: бензиновый - зеленую, спир­товой - желтую

Желтый цвет спиртовому раствору при­дает пигмент ксантофилл.

В бензиновом слое находятся 2 пигмента: хлорофилл и каротин, который не заметен из-за интенсивно-зеленого цвета хлорофилла.

1. Мелко нарезанные листья краснокочанной капусты (синевато-красная их окраска обусловлена антоцианом) поместите в чистую пробирку или колбу и залейте холодной дистиллированной (можно кипяченой) водой. Установите, выделяется ли в воду красящее вещество из клеток капусты.

2. Прокипятите содержимое пробирки на спиртовке. Выясните, как изменилась окраска воды.

3. Часть воды, окрашенной антоцианом, отлейте в чистую пробирку и добавьте несколько капель раствора щелочи. Установите, как изменяется окраска антоциана.

4. В эту же пробирку прилейте небольшое количество соляной и уксусной кислоты. Пронаблюдайте, как изменится окраска жидкости в пробирке.

Для опыта нужны листья нижних ярусов настурции большой, которые уже закончили рост, но еще не имеют внешних признаков старения, стакан, лист черной бумаги.

Половину листовой пластинки закройте с двух сторон черной бумагой. Лист помести­те в стакан с водой и поставьте в хорошо осве­щенное место. Спустя 4-5 дней снимите бума­гу, сравните цвет половинок листа.

Стареющий, но еще сохранивший зеленый цвет лист любого светолюбивого растения опустите в стакан с водой так, чтобы только половина его находилась под водой.

Для этого закре­сант лист в прорези укрывающей стакан плотной бумаги или пропитанной пара­санто марли. Ста­сан поставьте в темное место.

Через 3-5 дней отметьте результаты опыта.

Опыт 5.Обесцвечивание антоцианов сернистым газом

Сернистый газ оказывает на антоцианы удивительное действие - они обесцвечиваются: красные, синие цветки превращаются в белые.

Для опыта нужны цветки с красными и синими лепестками, стеклянный колпак, пригодный для обработки в нем цветков сернистым газом, кусочек серы или лабораторная установка для получения сернистого газа, ложка для сжигания веществ. Опыт проводится в вытяжном шкафу или вне помещения, так как сернистый газ раздражающе действует на органы дыхания человека.

Поместите 1-2 цветка (без воды) под стеклянный колпак и заполните пространство внутри колпака сернистым газом. Для этого в ложке зажгите кусочек серы и внесите в камеру, где находятся цветки. Лучше использовать лабораторную установку. Заполните сосуд сернистым газом с помощью газоотводной трубки.

Плотно закройте камеру. Наблюдайте постепенное, в течение 15-30 мин, обесцвечивание лепестков венчика.

Опыт 6

Для опыта нужны 2 растения узумбарской фиалки: одно - образующее соцветия розового цвета, второе - голубого, розовый раствор перманганата калия и раствор железоаммиачных или алюмокалиевых квасцов, либо сульфата железа (II) или сульфата алюминия (II) (4-5 г/л).

Голубую фиалку 1-2 раза в неделю поливайте розовым раствором перманганата калия, розовую - раствором соединений железа или алюминия. Из почвы окрашенные растворы поступают в растения и накапливаются в клетках, что вызывает в первом случае изменение окраски лепестков венчика с синей на розовую, а во втором - с розовой на голубую.

Именно на способности растений изменять свой внешний вид в зависимости от химического состава почвы и воздуха основан биогеохимический метод поиска месторождений полезных ископаемых.

4. Результатыисследований

Опыт 1.Вытяжка зеленого и желтых пигментов.

Крепкая спиртовая вытяжка из зеленых листьев при рассматривании ее в проходящем свете выглядит изумрудно-зеленой, в отраженном же свете флюоресцирует (отсвечивает) вишнево-красным оттенком. Вместе с сантофилла в спирт переходят и желтые пигменты. Чтобы отделить их, в вытяжку следует налить немного бензина. Взболтав смесь, через некоторое время можно заметить, что бензин, как более легкий, всплывет наверх, тогда как слой спирта останется внизу(приложение 2). При этом бензин будет иметь изумрудную окраску, спирт же примет золотисто-желтый цвет от оставшихся в нем желтых пигментов листа - сантофилла и каротина. Отделение хлорофилла от желтых пигментов основано на том, что он обладает большей растворимостью в бензине, чем в спирте.

Вывод : в результате опыта мы убедились в том, что в горячем спирте клетки погибают, и фермент хлорофилл выходит в спиртовой раствор. Лист герани обесцвечивается. Таким образом мы доказали наличие в листьях растения зеленогои желтого пигментов.

Опыт 2. Выделение антоцианов. Изменение цвета под действием кислот и щелочей

Выводы: из живых клеток цветков узумбарской фиалки антоциан не выделяется, поэтому вода в пробирке остается бесцветной; при кипячении клетки гибнут, поэтому антоциан проникает через их стенки в воду. При добавлении раствора щелочи красноватая окраска антоциана изменяется – синеет, а при добавлении кислоты вновь становится красной (приложение 3).

Наличием антоциана объясняется не только яркая окраска многих осенних листьев деревьев и кустарников, но и красноватая, синяя, голубая, фиолетовая окраска венчиков многих цветков, красноватых чешуй некоторых сортов репчатого лука, многих плодов растений.

Опыт 3. Влияние условий освещения на пожелтение листьев

Через 5 дней мы сняли бумагу и сравнили половинки листа. Хорошо были за­метны различия в окраске: освещенная часть зеленая, а затемненная - желтая (приложение 4). Мы также сравнили устойчивость хлорофилла в листьях различных видов растений (таблица 1)

Таблица №1

1. результаты опыта свидетельствуют, что снижение интенсивности и продолжительности освещения листьев ускоряет распад молекул хлорофилла в хлоропластах.

2. у разных видов растенийскорость распада хлорофилла различна. Это проявляется в неодновременности развития осенней окра­ски. Например, у березы это может проявляться в течение двух месяцев.

Опыт 4. Необходимость кислорода для разрушения хлорофилла

Через 3-5 дней стали заметны раз­личия в окраске листа: находившаяся в воде часть сохранила зеленый цвет, дру­гая-пожелтела (приложение 5).

Вывод: уменьшение скорости распада хлорофилла в той части листа, которая находилась в воде, свидетельствует, что в разрушении хлорофилла важную роль играет процесс дыхания. Содер­жание кислорода в воде намного ниже, чем в воздухе.

Опыт5. Обесцвечивание антоцианов сернистым газом

Для проведения опыта мы взяли лепестки трех цветов комнатной герани – белого, розового и красного. В результате воздействия сернистого газа они постепенно начали обесцвечиваться. В течение 15-30 мин, началось постепенное обесцвечивание лепестков венчика. Полное обесцвечивание мы заметили только на следующий день. После чего мы достали цветки изпод колпака и поставили в стаканы с водой. Сернис­тый газ постепенно улетучился, и лепестки приняли частично исходный цвет. Восстановление цвета происходило значительно медленнее, чем обесцвечивание (приложение 7).

Выводы: сернистый газ вызывает переход антоцианов в бесцветную форму. Бесцветные формы антоцианов достаточно широко распространены, например, в листьях, кожице и мякоти плодов некоторых растений (винограда , яблони). При определенных усло­виях они способны переходить в окрашенные формы.

Опыт 6 . Влияние ионов металлов на окраску цветков узумбарской фиалки

К сожалению, этот опыт мы провести не успели, но нашли в литературе описание воздействия ионов алюминия на окраску распространенного растения – гортензии. Оказывается, что г олубой цвет цветков гортензии связан с присутствием в клеточном соке красного пигмента - антоциана, который может изменять свой цвет. Причиной служат ионы алюминия. В кислой почве ионы алюминия находятся в растворенном состоянии, в то время как при щелочной реакции они связываются известью. По этой причине некоторые сорта гортензий в сильно кислой среде цветут голубым цветом, в менее кислой среде - красным или розовым. Белые гортензии своей окраски не меняют.

Вывод: из почвы растворы поступали в растение и накопились в клетках, что вызывало изменение окраски лепестков венчика.

На способности растений изменять свой внешний вид, в зависимости от химического состава почвы и воздуха, основан биогеохимический метод поиска месторождений полезных ископаемых.

5. Выводы

1. В растительных клетках чаще всего встре­чаются зеленые пигменты хлорофиллы, жел­то-оранжевые каротиноиды, красные и синие антоцианы.

2. Различные факторы внешней среды (освещенность растений, температура воздуха, водоснабжение) оказывают влияние на окрас­ку листьев.

3. В осенних листьях происходит повреждение в сосудистой системе, нарушается поток питательных веществ, происходит их застой, что способствует образованию антоциана. Таким образом, багряные оттенки, в которые окрашиваются деревья во время листопада, не являются каким-либо особым приспособлением. Они свидетельствуют лишь о происходящем затухании жизнедеятельности в листьях в связи с подготовкой растений к зимнему периоду покоя.

4. Цвет антоцианов определяется не только кислотностью клеточного сока, но и способностью образовывать сложные соединения с металлами.

5. Пигменты придают тканям яркую окраску, привлекая опылителей, ранней весной превращают световую энергию в тепловую и защищают растения от холода. Оказывают положительное воздействие на человеческий организм, его укрепление и оздоровление.

6.Заключение

Присутствие пигментов в растениях имеет большое значение, как для самих растений, так и для человека.

Изменение окраски цветка является сигналом для опылителей, сообщающим о том, какие цветки раскрылись недавно, т. е. с большей вероятностью содержат пищу.

В молодых побегах и листьях некоторых растений антоцианы ранней весной превращают световую энергию в тепловую и защищают их от холода.

Именно на способности растений изменять свой внешний вид, в зависимости от химического состава почвы и воздуха, основан биогеохимический метод поиска месторождений полезных ископаемых.

Для быстрого определения потребности сельскохозяйственных культур в микро - и макроэлементах питания дополнительные возможности представляет визуальная диагностика. Основа этого метода состоит в том, что при недостатке или избытке элементов питания происходит нарушение нормального обмена веществ в растениях, что приводит к изменению формы и окраски стеблей и листьев, к появлению на этих органах участков отмерших тканей.

7. Литература

1. "Зеленые оракулы" - Москва: Мысль, 1989 - с.190

2. , Фенчук опыты с растениями: Кн. для учащихся.-Мн.: Нар. асвета, 1991.-208 с.: ил.

3. Петров в жизни леса. М.: Наука, 1981.

4. Рейвн П., Эверт Р. Современная ботаника. М.: Мир, 1990.

5. http://*****/2012/05/28/antociany-i-ih-poleznye-svoystva. html

6. http://www. *****/7-1.html

Приложение 1

Рассказ «Говорящие цветы»

«Как только мы спустились с горы в долину, мой провожатый сразу забыл про меня Он бросился собирать цветы. Это была долина цветов.

Геолог торопливо срывал их, внимательно рассматривал, что-то записывал. Губы его беззвучно шевелились.

Казалось, что он разговаривает с цветами. Будто он их о чем-то спрашивает, а они ему отвечают.

«Уж геолог ли он?- подумал я - Может, он ботаник или поэт?»

Что вы там шепчете? - спросил я громко.

Я нашел клад! - ответил геолог - В этой долине глубоко под землей спрятаны несметные сокровища!

Это кто же вам сказал? - удивился я

Они сказали,- крикнул геолог - Цветы. «Неплохо,- подумал я - То цветы - поджигатели, то подземные, то говорящие».

Наши цветы такие!- выкрикивал геолог - Им известны все клады, спрятанные в земле Нужно только

понимать их язык - они все расскажут».

Из книги Н. Сладкова «Планета чудес, или невероятные приключения путешественника Парамона»

Приложение 2

Вытяжка пигментов

192" height="74" bgcolor="white" style="border:.75pt solid black; vertical-align:top;background:white"> 231" height="66" bgcolor="white" style="border:.75pt solid black; vertical-align:top;background:white">

Приложение 3

Выделение антоцианов. Изменение цвета под действием кислот и щелочей

Приложение 4

Необходимость кислорода для разрушения хлорофилла

Приложение 5

Влияние условий освещения на пожелтение листьев

Приложение 6

Обесцвечивание антоцианов сернистым газом

https://pandia.ru/text/78/157/images/image014_22.jpg" alt="D:\117___10\IMG_3574.JPG" width="243" height="182">

https://pandia.ru/text/78/157/images/image018_15.jpg" alt="D:\117___10\IMG_3590.JPG" width="255" height="191">

Браян Томас, магистр*

Ученые из калифорнийского Университета Санта Барбары исследовали генетику, лежащую в основе изменения окраски в видах цветов, на примере аквилегии, полевого цветка, произрастающего в Северной Америке. Способность аквилегии менять цвет от поколения к поколению называют примером «адаптивной радиации», подразумевая под этим быстрые изменения какого-либо признака вида растения или животного.

Адаптивная радиация – это быстрое явление, так как изменение можно полностью наблюдать во многих популяциях диких видов. Поскольку макроэволюционная гипотеза эволюционного развития от простого к сложному предполагает огромные периоды времени, изменения, являющиеся результатом адаптивной радиации, происходят сравнительно быстро.

В случае с цветками аквилегии, изменение цвета приводит к смене опылителей (определенные мотыльки и колибри), которые отдают предпочтение определенным цветам. В сообщении для печати калифорнийского университета Санта Барбары этот процесс называется «эволюция в действии». Но это изменение цвета совершенно не имеет никакого отношения к представляемому механизму, который управляет крупномасштабной эволюцией от амебы к человеку. Неужели эти тесно связанные скрещивающиеся организмы превращаются во что-то, совершенно другое? Разве полезные изменения в ДНК создают совершенно новые признаки? Во всяком случае, не с аквилегиями.

Окраска цветка аквилегии изменяется от синего к красному, а затем от белого к желтому, и авторы исследования «считают, что изменение цвета от красного к желтому или красному происходило в Северной Америке пять раз ». Данные исследования указывают на то, что в основе изменения цвета лежат разрушения ключевых генов через мутации в ДНК. Потеря ключевого гена в процессе образования пигмента приводит к «отклонению» в нормальной системе. В случаях, когда множественные гены повреждаются мутацией, цветки имеют белую окраску, так как в них полностью отсутствует пигмент.

Исследователи калифорнийского университета Санта Барбары составили список специализированных протеинов в биохимическом пути, в результате которого образуются пигменты цветов. Многие из них, а также другие дополнительные протеины, должны присутствовать и быть полностью функциональными для того, чтобы происходил процесс образования пигмента. Этот сложный механизм производит высокоспециализированную фотореактивную макромолекулу. Ни это исследование адаптивной радиации, ни какое другое исследование еще не показало, каким образом эти виды линий для сборки молекул могут образовываться природным путем.

Исследователи обнаружили 34 различных гена, которые задействованы в процессе образования пигментов, отвечающих за различные оттенки цветов. Таким образом, в этой системе существует целый ряд мест, где может происходить изменение окраски цветков через мутацию - и это происходит не путем создания новых генов, а изменения уже существующих. Поскольку это разрушение генетического кода привело к образованию интересного генетического изменения оттенка цветков, для того, чтобы происходила крупномасштабная эволюция, должны были образоваться новые функциональные гены и новая генетическая информация. То, что мы на самом деле наблюдаем в аквилегиях, совершенно противоположное . Могут происходить изменения некоторых признаков, но цветки, которые несут эти признаки, были и все равно остаются аквилегиями.

Многие ученые, как например те, которые занимались этим исследованием, не придают никакого значения разрушительным генетическим изменениям, которые лежат в основе изменения окраски цветков. Вместо этого они фокусируют свое внимание на том, как измененные оттенки цвета влияют на различные типы опылителей, предполагая, что цветки каким-то образом изменяются для того, чтобы соответствовать имеющимся птицам и насекомым. Но, несмотря на то, что различные опылители могут передавать информацию о различных цветах определенных оттенков, они не образуют никаких новых структур. Фактически они указывают на жизнеспособность, вложенную в творение Творцом, который сотворил летающие организмы со специальными частями ротового аппарата, благодаря которым они опыляют эти растения, а также наделил их зрительные системы достаточной пластичностью для того, чтобы они могли узнавать мутированные и перерожденные оттенки цветков.

Ссылки и примечания

ГОСТ 9733.0-83

Группа М09

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

МАТЕРИАЛЫ ТЕКСТИЛЬНЫЕ

Общие требования к методам испытаний устойчивости окрасок к физико-химическим воздействиям

Textiles. General requirements for test methods of colour fastness to physical and chemical actions

ОКСТУ 8300, 8400, 9000

Дата введения 1986-01-01

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством химической промышленности СССР

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 17.02.83 N 838

3. ВЗАМЕН ГОСТ 9733-61 (в части разд.1)

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

5. Ограничение срока действия снято Постановлением Госстандарта от 28.04.92 N 1014

6. ИЗДАНИЕ (сентябрь 2002 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, , утвержденными в апреле 1985 г., октябре 1989 г., июле 1990 г., августе 1992 г. (ИУС 7-85, 3-90, 11-90, 11-92)

Настоящий стандарт устанавливает общие требования к методам испытаний устойчивости окраски текстильных материалов любого волокнистого состава и красителей любого класса к физико-химическим воздействиям.

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Описание шкал эталонов стандартного тона и шкал эталонов для оценки устойчивости окраски

1.1.1. Устойчивость окраски зависит от насыщенности цвета, поэтому для ее оценки установлена стандартная степень интенсивности окраски, оцениваемая шкалами эталонов стандартного тона.

1.1.2. Эталоны стандартного тона, именуемые эталонами окрасок , представляют собой комплект из 20 образцов шерстяной ткани, окрашенных различными красителями в стандартные тона.

Допускается применять дополнительные эталоны разной насыщенности: удвоенной, обозначенной стандартного тона; более слабой обозначенной , , , стандартного тона.

Для флотских синих и черных цветов установлены две стандартные насыщенности:

синий светлый;

синий темный;

черный светлый;

черный темный.

1.1.3. Эталоны стандартного тона не предназначены для испытания устойчивости их окрасок, они указывают лишь, для какой интенсивности окраски должны быть определены показатели устойчивости независимо от класса красителя и вида волокна.

1.1.4. Для характеристики устойчивости окрасок на текстильных материалах любого вида волокна испытания проводят в одной, двух или трех концентрациях, указываемых в нормативно-технической документации на красители, одна из которых соответствует интенсивности стандартного тона.

1.1.5. Устойчивость окраски к каждому виду физико-химических воздействий определяют по изменению первоначальной окраски или по изменению первоначальной окраски и степени закрашивания смежных тканей, подвергавшихся совместной обработке.

Степень изменения первоначальной окраски и степень закрашивания смежных тканей оценивают баллами при помощи шкал серых эталонов и шкалы синих эталонов.

Допускается определять устойчивость окраски текстильного материала путем сравнения ее с устойчивостью окраски согласованного образца.

Результат испытания выражают словами: "равна", "выше" или "ниже" устойчивости окраски согласованного образца.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).

1.1.5.1. Устойчивость окраски испытывают одновременно только к одному виду воздействия.

1.1.5.2. Термины, применяемые в настоящем стандарте, и пояснения к ним приведены в справочном приложении.

1.1.5.1; 1.1.5.2. (Введены дополнительно, Изм. N 1).

1.1.6. Шкалы серых элементов служат: одна шкала - для определения степени изменения первоначальной окраски, другая - для определения степени закрашивания смежных тканей.

Шкалы серых эталонов позволяют оценивать устойчивость окрасок в пределах от 1 до 5 баллов, из которых балл 1 означает низшую, а балл 5 - высшую степень устойчивости окраски.

1.1.6.1. Шкала для определения степени изменения первоначальной окраски состоит из пяти или девяти пар полосок серого цвета, которые позволяют оценивать устойчивость окраски от 5 до 1 балла.

Оценка 5 баллов означает высшую степень устойчивости окраски и представлена двумя идентичными полосками серого цвета, контраст между которыми равен нулю.

Оценки 4, 3, 2 и 1, 4-5, 4, 3-4, 3, 2-3, 2, 1-2, 1 балл представлены двумя полосками, одна из которых идентична полоскам 5 балла, а другие - более светлые, с увеличивающейся контрастностью.

Полосы должны иметь нейтральный серый цвет. Измерения интенсивности цвета на них следует проводить с помощью спектрофотометра. Колориметрические величины рассчитывают по дополнительной стандартной колориметрической системе CIE 1964 (данные 10° наблюдателя) с источником освещения .

Координата цвета первой полосы каждой пары должна быть выражена величиной 12±1.

Цвет второй полосы каждой пары должен быть таким, чтобы цветовое различие между полосами каждой отдельной пары соответствовало значению, приведенному в табл.1.

Таблица 1

1.1.6.2. Шкала для определения степени закрашивания белых материалов состоит из пяти или девяти пар полосок, которые позволяют оценивать закрашивание от 5 до 1 балла.

Оценка 5 баллов означает высшую степень устойчивости окраски и представлена двумя полосками белого цвета, контраст между которыми равен нулю.

Оценки 4, 3, 2 и 1, 4-5, 4, 3-4, 3, 2-3, 2, 1-2, 1 балл представлены в виде двух полосок, одна из которых белого цвета, идентичная полоскам 5 балла, вторые полоски - серого цвета с увеличивающейся контрастностью.

Полосы должны быть белыми или нейтрально серыми. Измерения интенсивности цвета при изготовлении шкал выполняются с помощью спектрофотометра. Колориметрические величины рассчитывают по дополнительной стандартной колориметрической системе CIE 1964 (данные 10° наблюдателя) с источником освещения .

Координата цвета первой (белой) полосы каждой пары должна быть не менее 85.

Цвет второй полосы каждой пары должен быть таким, чтобы цветовое различие между полосами каждой отдельной пары соответствовало значению, приведенному в табл.2.

Таблица 2

Примечание. Значения в скобках относятся только к девятибалльной шкале.

1.1.6.1, 1.1.6.2. (Измененная редакция, Изм. N 1, ).

1.1.7. Шкала синих эталонов служит для определения степени изменения первоначальной окраски от воздействия света, света и погоды и позволяет оценивать устойчивость окраски в пределах от 1 до 8 баллов, из которых балл 1 означает низшую, а балл 8 - высшую степень устойчивости окраски.

1.1.7.1. Шкала синих эталонов представляет собой комплект из 8 полосок шерстяной ткани, окрашенных индивидуальными красителями с различной степенью устойчивости к свету.

1.1.7.2. Условия хранения и поверки эталонов приведены в приложении 2.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

2. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

2.1. Характеристика проб

В зависимости от проводимого испытания применяют:

рабочую пробу;

рабочую составную пробу;

смежную ткань;

контрольную пробу.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

2.2.Приготовление проб

2.2.1. Приготовление рабочих проб

Из подлежащих испытанию окрашенных тканей или трикотажа вырезают пробу размером 104 см.

Подлежащую испытанию пряжу для обработок в сухом состоянии наматывают параллельными рядами на картон. Для обработок во влажном состоянии используют мотки пряжи, связанные с обоих концов, длиной 10 см и диаметром приблизительно 0,5 см.

Волокно, подлежащее испытанию, расчесывают и придают ему форму ленты размером 104 см.

Исходный материал, используемый для приготовления рабочих проб, не должен иметь неровностей (складок, заминов).

(Измененная редакция, Изм. N 1).

2.2.2. (Исключен, Изм. N 2).

2.2.3. Приготовление рабочих составных проб с использованием двух смежных одноволоконных тканей

(Измененная редакция, Изм. N 4).

2.2.3.1. Из подлежащих испытанию ткани или трикотажа вырезают пробу размером 104 см, помещают ее между двумя смежными тканями, одна из которых - из того же волокна, что испытуемая проба, а другая - из волокна, указанного в конкретном методе испытаний, и прошивают вдоль одной короткой стороны наметочным швом. Когда во время испытания пробу подвергают механическому воздействию, ее прошивают по четырем сторонам.

2.2.3.2. Подлежащую испытанию окрашенную пряжу укладывают параллельными рядами между двумя смежными тканями размером 104 см, при этом масса пряжи должна быть приблизительно равна половине массы смежных тканей. Пробу прошивают наметочным швом со всех четырех сторон. Когда во время испытания рабочая составная проба подвергается механическому воздействию, его дополнительно прошивают стежками перпендикулярно направлению пряжи с интервалом в 1 см.

2.2.3.3. Перед испытанием окрашенное волокно расчесывают, придают ему форму ленты размером 104 см и укладывают между двух смежных тканей, при этом масса волокна должна быть приблизительно равна половине массы смежных тканей.

Рабочую составную пробу прошивают со всех четырех сторон. Когда во время испытания она подвергается механическому воздействию, ее дополнительно прошивают стежками перпендикулярно направлению волокна с интервалом в 1 см.

2.2.3.4. Для некоторых испытаний требуются пробы, приготовленные иным способом. В этом случае способы приготовления приводятся в описании соответствующих стандартов.

2.2.3.5. При испытании окрашенной ткани из смеси волокон, у которой с одной стороны преобладает одно волокно, а с противоположной стороны - другое волокно, пробу помещают между смежными тканями так, чтобы преобладающее волокно было ближайшим к смежной ткани, состоящей из того же волокна.

2.2.3.6. При испытании окрашенной ткани из смеси волокон одна смежная ткань должна состоять из волокон, преобладающих в смеси, а другая смежная ткань - из волокон, занимающих второе место в смешанной ткани. Если представляет интерес закрашивание других волокон, то в качестве второй смежной ткани могут быть использованы смежные ткани из интересующих волокон.

2.2.3.6а. Поверхность рабочей пробы должна быть целиком накрыта смежной тканью.

2.2.3.7. При испытании напечатанной или пестротканой ткани на лицевую сторону рабочей пробы помещают две смежные ткани, при этом каждая смежная ткань должна занимать только половину площади рабочей пробы. В зависимости от рисунка необходимо такое количество проб, которое обеспечивало бы испытание всех цветов в ткани.

При испытании ткани с различным рисунком на лицевой и изнаночной сторонах каждая смежная ткань должна накрывать половину рабочей пробы с лицевой и изнаночной сторон.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

2.2.3.8. Швейные нитки для прошивания рабочих составных проб и связывания мотков не должны быть окрашены и содержать оптических отбеливателей.

(Введен дополнительно, Изм. N 1).

2.2.3а. Приготовление рабочих составных проб с использованием многоволоконной смежной ткани

2.2.3а.1. Из подлежащей испытанию ткани вырезают пробу размером 104 см, помещают лицевой стороной на многоволокнистую смежную ткань и прошивают вдоль одной короткой стороны.

2.2.3а.2. При испытании многоволоконных тканей, в которых одно волокно преобладает на одной, а другое - на другой стороне пробы, проводят испытания двух составных рабочих проб, у которых многоволоконная смежная ткань находится с разных сторон пробы.

2.2.3а.3. При испытании пестротканых или набивных тканей все цвета рисунка должны быть испытаны в контакте со всеми шестью компонентами многоволоконной смежной ткани. Это может быть достигнуто при проведении нескольких испытаний.

2.2.3а.4. Подлежащие испытанию окрашенные пряжу или волокно равномерно распределяют по многоволокнистой смежной ткани, причем пряжу укладывают под прямым углом к отдельным полосам смежной ткани, при этом масса пряжи или волокна должна быть приблизительно равна массе многоволоконной смежной ткани. Затем пробу накрывают легкой неокрашиваемой полипропиленовой тканью того же размера, сшивают вдоль всех четырех сторон и прошивают между каждой парой соседних полос многоволоконной смежной ткани.

2.2.3а-2.2.3а.4. (Введены дополнительно, Изм. N 4).

2.2.4. Одноволоконные смежные ткани не должны содержать остатков аппретирующих веществ, красителей, оптических отбеливателей или других реагентов, не должны иметь химически поврежденных волокон.

Смежные ткани из натурального шелка и ацетатных нитей должны быть промыты.

Характеристика одноволоконных смежных тканей представлена в табл.2а.

Таблица 2а

Примечание. Смежные ткани: хлопковая - по ГОСТ 28093 , шерстяная - по ГОСТ 27886 , льняная (арт. ОП252203-ШР/75) - по ГОСТ 10138 , вискозная - по ГОСТ 27887 , полиэфирная - по ТУ 17 РСФСР 18.254-02*, капроновая (арт. 52225) - по ГОСТ 20272 , полиакрилнитрильная - по ГОСТ 28253 .
________________
* ТУ, упомянутые здесь и далее по тексту, не приводятся. За дополнительной информацией обратитесь по ссылке . - Примечание изготовителя базы данных.


(Измененная редакция, Изм. N 4).

2.3. Рабочие пробы и смежные ткани перед испытанием не выдерживают в климатических условиях.

При испытаниях, где различия в содержании влаги рабочей пробы и смежной ткани могут влиять на результаты испытания, их предварительно выдерживают в климатических условиях по ГОСТ 10681 .

(Введен дополнительно, Изм. N 4).

3. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

3.1. Исходные окрашенные материалы, из которых приготовлены рабочие пробы для испытаний, сохраняют в затемненном месте для сравнения с пробами, подвергшимися испытанию, при оценке устойчивости окраски.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

3.2. Для проведения испытаний растворы должны быть приготовлены с применением дистиллированной воды.

Содержание компонентов в ванне указывается в кубических сантиметрах см/дм или граммах на кубический дециметр г/дм в пересчете на технический продукт.

3.3. Испытания к мокрым обработкам проводят при соблюдении модуля ванны.

Под модулем ванны понимают отношение объема жидкости, применяемой для обработки, в кубических сантиметрах к массе простого или составного образца в граммах.

3.4. При испытании устойчивости окрасок к мокрым обработкам пробы должны быть равномерно смочены.

При замачивании шерсти или смешанных материалов, содержащих шерсть, проба должна быть тщательно отжата рукой, или стеклянной палочкой со сплющенным концом, или посредством соответствующего механического устройства.

При смачивании пробы каплями воды или реактива с последующим втиранием их стеклянной палочкой не допускается повреждение поверхности пробы.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

3.5. При замачивании и отжиме волокнистого материала до содержания жидкости в количестве, равном его массе (100%-ный привес), волокнистый материал следует пропитать жидкостью, затем отжать, пропуская между двумя резиновыми валиками, или на стеклянной пластинке с помощью резинового валика, или подвергнуть центрифугированию. Выжимание руками не дает равномерного отжима. В некоторых случаях отжим осуществляется до 80%-ного привеса.

3.6. В описании методов испытаний в необходимых случаях указаны допуски для численных значений размеров температуры и времени. Если нет указания на допуски, то точность измерения будет считаться достаточной, если оно проведено с применением обычных инструментов и при соблюдении необходимых правил предосторожности.

3.7. Пробы после испытания высушивают на воздухе в подвешенном состоянии при температуре не выше 60°С так, чтобы части составной пробы не соприкасались между собой и были защищены от прямого солнечного света. Для некоторых испытаний требуются особые условия сушки, они указаны в соответствующих стандартах.

4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1. Для оценки устойчивости окрасок к физико-химическим воздействиям служат:

окрашенный материал, не подвергавшийся испытаниям;

рабочие пробы после их испытания;

смежные ткани, подвергавшиеся испытанию вместе с рабочими пробами;

шкалы серых эталонов;

шкалы синих эталонов.

Оценку устойчивости окрасок к мокрым обработкам проводят не ранее чем через 1 ч после высушивания рабочих проб.

Волокна, прилипшие к смежной ткани, должны быть удалены перед оценкой закрашивания.

Оценку устойчивости окрасок проводят визуальным сравнением контраста между пробами до и после испытания с контрастами серых эталонов.

Рабочие пробы или смежную ткань до и после испытания располагают рядом друг с другом в одной плоскости с ориентацией в одном направлении. При необходимости рабочую пробу складывают в несколько слоев, чтобы избежать его просвечивания.

Сравнение рабочих проб проводят на сером фоне. Интенсивность окружающего поля должна быть между 1 и 2 баллами шкалы серых эталонов для оценки изменения окраски.

Сравниваемые поверхности должны освещаться дневным светом с северной стороны или источником света в 600 лк или более. Свет должен падать на поверхность приблизительно под углом 45°, а направление луча зрения наблюдателя должно быть перпендикулярно к поверхности рабочих проб.

Устойчивость окраски к любому воздействию оценивают баллом той пары серых эталонов, контраст которой признается одинаковым с контрастом между рабочими пробами до и после испытания или между не подвергавшимися испытанию и после испытания смежных тканей при использовании девятибалльной шкалы.

При использовании пятибалльной шкалы устойчивость окраски пробы оценивают баллом той пары серых эталонов, контраст которой равен контрасту между исходным материалом и пробой после испытания. Если контраст находится между двумя ближайшими эталонами шкалы, то устойчивость такой окраски оценивают двумя баллами, например: 3-4. Эта оценка означает, что окраска имеет устойчивость меньшую, чем эталон 4-го балла, но большую, чем эталон 3-го балла.

Изменение окраски рабочей пробы может проявиться в изменении ее интенсивности, оттенка, чистоты или в комбинации этих свойств. В зависимости от характера изменения окраски, оценка его основывается на величине общего видимого контраста между двумя поверхностями, из которых одна рабочая проба до испытания, другая после испытания. Этот контраст сравнивается с контрастом пяти полосок шкал серых эталонов.

Если контраст вызван изменением оттенка или чистоты, то наряду с баллом ставится буквенное обозначение, в соответствии с табл.3.

Таблица 3

При оценке устойчивости окраски в составных рабочих пробах во внимание принимается изменение лицевой стороны рабочей пробы и степень закрашивания той стороны смежной ткани, которая сильнее закрашена.

Оценку изменения окраски текстильного материала с многоцветным рисунком устанавливают по цвету, претерпевшему наибольшее изменение.

Закрашивание в швах и в местах перегиба составной рабочей пробы не принимается во внимание.

При оценке устойчивости окраски необходимо сравнить результаты испытания на рабочих пробах, получивших одинаковые баллы. Рабочие пробы, устойчивость которых не соответствует другим пробам, получившим такой же балл, оцениваются повторно.

Если после испытания устойчивости окраски наблюдается изменение поверхности пробы (изменение расположения ворса, структуры, блеска и т.д.) следует привести ее в исходное состояние.

В противном случае оценка устойчивости окраски отражает одновременно изменение окраски и изменение поверхности пробы, что должно быть отмечено в протоколе испытания.

Допускается при оценке закрашивания в качестве исходной смежной ткани использовать ткань, подвергшуюся обработке в тех же условиях, что и проба, но без окрашенной пробы.

Не допускается оценивать отдельно относительную величину изменения цвета по насыщенности, цветовому тону, светлоте.

Следует проводить два параллельных испытания устойчивости окраски. Если разница в оценке между ними составляет более половины балла, испытание повторяют. Если при повторном испытании разница превышает допустимое отклонение (0,5 балла), то за результат испытаний принимают более низкое значение. В протоколе указывают результат испытания и наибольшую разницу между результатами.

(Измененная редакция, Изм. N 2, ).

ПРИМЕРЫ ОЦЕНОК

1. Окраска не изменила оттенка, но стала слабее, контраст ее с первоначальной окраской соответствует контрасту эталона 3-го балла серой шкалы для оценки изменения окраски. Ставится оценка 3 без буквенных обозначений.

2. По интенсивности окраска заметно не изменилась, а цвет перешел из синего в красный. По общему изменению устойчивость окраски оценивается баллом 1, а качественная характеристика этого изменения обозначается буквой К. Оценка записывается выражением 1 К.

3. По общему контрасту устойчивость окраски оценивается баллом 3. Изменение окраски выразилось в ослаблении интенсивности, покраснении оттенка и потере чистоты оттенка. В этом случае ставится оценка 3 КТ.

Запись оценок устойчивости окрасок в баллах осуществляется в следующей последовательности: оценка изменения первоначальной окраски; оценка степени закрашивания белого материала из того же волокна, что испытуемый образец; оценка степени закрашивания смежной ткани.

Пример записи оценок: 3/2/3.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

4.2. О результатах испытаний составляют протокол в соответствии со стандартами на конкретные методы испытаний.

(Введен дополнительно, Изм. N 1).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (справочное). ПОЯСНЕНИЯ К ТЕРМИНАМ, ПРИМЕНЯЕМЫМ В СТАНДАРТЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное

(Измененная редакция, Изм. N 4).

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (обязательное). УСЛОВИЯ ХРАНЕНИЯ СЕРЫХ, СИНИХ ШКАЛ И ШКАЛ СТАНДАРТНОГО ТОНА

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Обязательное

Синие, серые шкалы и шкалы стандартного тона допускаются к использованию с разрешения Центрального научно-исследовательского института шерстяной промышленности.

Шкалы должны храниться в закрытом виде, в защищенном от света месте, в помещении, не имеющем избыточной влажности и вредно действующих паров химических веществ.

Срок действия шкал не ограничивается, они выходят из употребления при выгорании, загрязнении, пожелтении и т.д.

Для сличения серых шкал и шкал стандартного тона необходимо иметь контрольную (нерабочую) шкалу, с которой периодически проводится визуальное сравнение рабочих шкал. Одна синяя шкала, состоящая из восьми полосок ткани, используется один раз.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. (Введено дополнительно, Изм. N 2).



Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: ИПК Издательство стандартов, 2002

Человек, все животные (насекомые, обитатели морей и океанов, даже простейшие микроорганизмы) обладают зрением разной степени разрешения, и во многих случаях и цветным.

В результате взаимодействия лучей света определенной длины (380–700 нм), соответствующей видимой части солнечного спектра с прозрачными и непрозрачными объектами, содержащими неорганические и органические вещества определенного химического строения (красители и пигменты) или объектами со строго организованной структурой из наночастиц (структурная окраска) происходит избирательное поглощение лучей определенной длины волны и, соответственно, отражается (непрозрачный объект) или пропускаются (прозрачный объект) остальные (за вычетом поглощенных) лучи. Эти лучи попадают в глаз животного, обладающего цветным зрением, на биосенсоры и вызывают химический импульс, соответствующий энергии квантов лучей света попавших на сетчатку, и нервной системой передаются в определенную часть головного мозга, отвечающую за зрительное восприятие, и там формируется ощущение цветной картинки окружающего мира.

Для того чтобы каждый из нас видел мир прекрасным во всем многообразии цветов, необходимо сочетание определенных физических, химических, биохимических, физиологических условий, выполняемых на нашей планете. А может быть и на каких-нибудь других?

• Наличие в солнечном спектре лучей (видимая часть спектра), доходящих до поверхности Земли, с длиной волны 380–700 нм. Не все лучи солнечного спектра доходят до поверхности земли. Так озонный слой поглощает жесткий (высокая, убивающая живые организмы энергия) ультрафиолет (< 290 нм), благодаря чему на планете Земля существует жизнь.
• Природа, а затем и человек, создали множество веществ и материалов, благодаря их химическому строению и физической структуре способных избирательно поглощать лучи видимой части спектра. Мы такие вещества и материала называем цветными и окрашенными.
• Эволюция (много миллион лет) живой материи наградила живые существа биосенсорами («биоспектрофотометрами») – зрением, способным избирательно реагировать на кванты видимых лучей, нервной системой и структурой мозга (высшие животные), трансформирующие фотоимпульсы в биохимические, которые и создают цветную картинку в нашем мозгу.

Традиционно человек издавна (много тысяч лет), подражая природе (днем почти все окрашено, цветное, всех цветов радуги), учился производить цветные и окрашенные материалы, и во многом преуспел. В середине позапрошлого века (1854 г.) Вильям Перкин – студент 3-его курса Королевского Колледжа (Англия, Лондон) синтезировал первый синтетический краситель – мовеин. С этого началось становление анилинокрасочной промышленности (первая промышленная революция). До этого на протяжении многих тысяч лет человек пользовался природными окрашенными (красители, пигменты) веществами.

Но в природе красители и пигменты не только выполняют очень важную и многоцелевую функцию окрашивания природных объектов, но и ряд других задач: защита от вредных микроорганизмов (у растения), перевод световой энергии в биохимическую (хлорофилл, родопсин) и др.

Хромия красителей и окраски (красители, пигменты, наноструктуры)

Еще раз следует подчеркнуть, что существует два механизма возникновения окраски:

1. За счет присутствия в субстрате окрашенных (красители, пигменты) веществ, определенного химического строения;
2. За счет физической структуры упорядоченных нанослоев, наносот, наночастиц (молекулы, супрамолекулы, кристаллы, жидкие кристаллы), на которых происходят явления интерференции, дифракции, многократного отражения, преломления и др.

Для окраски первого и второго механизма ее формирования может наблюдаться хромия. Что же такое хромия, с которой сталкивается достаточно часто обычный человек, а химик-колорист не только с этим явлением постоянно сталкивается, но и вынужден с ней бороться или во всяком случае обязан учитывать, а еще лучше использовать (об этом еще предстоит рассказать).

Хромия – это обратимое изменение окраски (цвета, оттенка, интенсивности) под воздействием каких-то внешних физических, химических и физико-химических импульсов.

Хромию не следует путать с необратимыми изменениями, когда происходит деструкция окрашенной системы. Эти необратимые изменения колористики оценивают в баллах, как устойчивость окраски к различным факторам.

Различают следующие виды хромии в зависимости от того, под влиянием какого фактора, импульса происходит обратимое изменение цвета: фото-, термо-, хемо-, сольвато-, механо-, электро-, магнитохромия.

Фотохромия (обратимое изменение цвета или светопропускания) – под воздействием электромагнитного излучения, в том числе естественного (солнечный свет) или искусственного источника облучения. С этим негативным явлением химики-колористы сталкиваются, когда используют красители с высокой склонностью к фотохромии. Изделия из окрашенного такими красителями материала под действием яркого солнечного света ощутимо изменяет свой оттенок окраски, но именно обратимо, и в темноте (в шкафу, ночью) окраска возвращается к первоначальному цвету. Однако явление это гистерезисное и через определенное число циклов окраска теряет свою интенсивность (фотодектрукция). Как правило, красители склонные к фотохромии имеют недостаточно высокую светостойкость.

Склонность красителей к фотохромии оценивается по стандарту ISO.

Термохромия – обратимое изменение окраски (цвета, оттенка) при нагревании окрашенного объекта. Это явление мы наблюдаем в быту, когда гладим окрашенные изделия из текстиля; особенно сильно термохромия проявляется, если изделия перед глажкой увлажнить. Через определенное время после охлаждения окраска возвращается к исходному цвету. Склонность к термохромии у каждого красителя разная; на тканях из синтетических волокон она проявляется сильнее.

Хемохромия – обратимое изменение окраски при действии химических реагентов (изменение рН, действие окислителей и восстановителей).

Какой химик не использовал цветные реакции индикаторных красителей для определения рН среды? Все индикаторные красители – хемохромы.

Технология колорирования кубовыми пигментами (обычно называют красителями) основано на обратимых окислительно-восстановительных процессах: сначала перевод нерастворимого окрашенного пигмента в более слабоокрашенную лейкоформу с помощью восстановителей в щелочной среде, а затем вновь в окрашенный пигмент окислением.

Сольватохромия – обратимое изменение окраски при смене растворителя (полярного на неполярный и обратно).

Механохромия – обратимое изменение окраски (цвета) при деформационных нагрузках на окрашенный материал.

Электрохромияи магнитохромия – обратимое изменение окраски при пропускании различных видов тока и действии магнитного поля на окрашенный объект.

Общие механизмы хромии

У всех этих видов хромии имеется общий механизм, но очевидны и специфические особенности, связанные с природой (физика, химия, физико-химия) самого импульса.

Как было сказано ранее, окраска, цвет при всех прочих необходимых условиях (о них был уже разговор) обусловлены химическим строением вещества или физической наноструктурой, которые делают вещество, объект, материал окрашенными и цветными. В случае окраски, в образовании которой участвуют окрашенные вещества (красители, пигменты), молекулы этих веществ должны иметь специфическое строение, отвечающее за избирательное поглощение лучей видимой части спектра. В случае органических красителей и пигментов, та часть их молекулы, которая определяет это свойство, называется хромофором. По теории цветности хромофор у органических веществ – это структура с достаточно протяженной системой сопряженных двойных связей (конъюгация).

Чем длиннее цепочка сопряжений, тем более глубокий цвет имеют вещества, построенные из таких молекул.

Сопряженная система связей характеризуется определенной плотностью π- и d-электронов и, как следствие, при взаимодействии с лучами солнечного света (его видимой части) вещество способно поглощать избирательно часть их.

Следовательно, явление хромизма обязательно связано с обратимым образованием или изменением хромофорной структуры. Если окраска, цвет обусловлена наличием строго организованной наноструктуры (структурная окраска), то хромизм связан с обратимой организацией или дезорганизацией этой структуры под воздействием внешних импульсов. Под воздействием внешних факторов не обязательно должно происходить обратимая химическая модификация молекулы, но очень часто это связано с пространственной изомерией (например, цис-транс изомерия азокрасителей), переход из аморфного состояния в кристаллическое (кубовые на стадии мыловки кипящими растворами ПАВ) и др.

Специфика механизма хромии в зависимости от природы, вида вызывающих ее импульсов будет излагаться при рассмотрении каждого вида хромии.

Фотохромия

Наиболее изученный вид хромии. Фотофизические и фотохимические превращения красителей стали объектами исследования выдающихся физиков и химиков последних нескольких сотен лет, как только начали формироваться основы физических и химических представлений о мире (И. Ньютон, А. Эйнштейн, Н. Вавилов, Н. Теренин и др.).

Фотохромия, как часть более широкого научно-практического направления – фотоники, лежит в основе свойств многих природных и рукотворных явлений и материалов.

Так родопсин – природный зрительный пигмент (хромопротеин), высокохромное фотоактивное вещество, содержащееся в палочках сетчатки глаз млекопитающих и человека. Это по существу зретильный фотосенсор. Если бы его фотоактивность была необратимой, то он не смог бы выполнять эту функцию. Эволюция живой природы создала, отобрала это вещество для устройства эффективного зрения еще на самом начальном этапе эволюции (~ 2,8 млрд. лет тому назад). Этот краситель – родопсин присутствует в архаичных (первоначальных), примитивных бактериях Halobacterium halolium , которые превращают световую энергию в биохимическую.

Механизм фотохромии родопсина включает в себя очень сложные биохимические превращения.

В случае фотохромии при переходе от бесцветного соединения в окрашенному схему перехода можно представить в следующем виде:

Рисунок 1. На спектрах поглощения обратимый переход отразится в форме кривых А и Б.

Бесцветное веществ о А интенсивно поглощает свет в ближнем УФ (~ 300 нм), переходит в фотовозбужденное состояние, энергия которого затрачивается на фотохимические превращения вещества А в вещество Б с хромофором, поглощающим в видимой части спектра. Обратное превращение может происходить в темноте или при нагревании. Возврат в исходное состояние происходит либо спонтанно (за счет подвода тепла), либо под действием света (hυ2). При переходе от соединения А к Б происходит изменение её электронной плотности и молекула Б приобретает способность поглощать фотоны более низкой энергии, то есть поглощать лучи видимой части спектра. Из фотовозбужденного состояния молекула Б способна вновь возвращаться к бесцветному состоянию А. Как правило, прямая реакция 1 протекает намного быстрее обратной реакции 2.

Следует различать физический и химический механизмы фотохромии. В основе физической фотохромии лежит переход молекулы вещества на какое-то время в фотовозбужденное состояние, имеющее спектр поглощения отличный от исходного состояния. В основе химической фотохромий лежат глубокие внутримолекулярные перестройки под действием света, проходящие через стадии фотовозбуждения.

В основе химической фотохромии окрашенных веществ лежат следующие превращения, вызываемые поглощением молекулой квантов света и переходом ее в фотовозбужденное состояние:

• восстановительно-окислительные реакции;
• таутомерные прототропные превращения;
• цис- транс изомерия;
• фотоперегруппировки;
• фотолиз ковалентных связей;
• фотодимеризация.

В настоящее время известны и изучены многие фотохромные вещества неорганической и органической природы. Неорганические фотохромы: оксиды металлов, соединения титана, меди, ртути, некоторые минералы, соединения металлов переходной валентности.

Эти интересные фотохромы к сожалению мало пригодны для фиксации на текстильных материалах из-за отсутствия сродства к волокнам. Но они с успехом используются как таковые или на подложках различной природы.

Органические фотохромы больше подходят для фиксации на текстиле (имеют сродство) и экологически менее вредные.

В основном это спиропираны и их производные, спирооксазины, диарилэтаны, триарилметановые красители, стильены, хиноны. Приведем пример фотоинициированных фотохромных превращений спиропирана, как наиболее изученного фотохрома. В основе фотохромизма спиропиранов и их производных лежат обратимые реакции: разрыв ковалентных связей в молекуле под действием УФ и восстановления их под действием лучей квантов видимой части спектра или за счет нагрева. На рисунке 2 показана схема фотохромных превращения спиропиранов и их производных.

Как можно видеть, исходная форма спиропирана не имеет сопряженной системы двойных связей и, соответственно, эти соединения бесцветны. Фотовозбуждение инициирует разрыв слабой спиро- (С-О) связи, в результате новые две формы (цис- и транс-) производные цианина приобретают конъюгированную систему двойных связей и, соответственно, окраску.

Термохромия – обратимое изменение окраски при нагревании; при охлаждении окраска возвращается к исходному цвету. Как и в случае фотохромии это связано с обратимыми изменениями в строении молекулы и, соответственно, с изменением спектра поглощения и цвета.

Термохромы могут быть, как и в случае фотохромов, неорганические и органические.

Среди неорганических термохромов – оксиды индия, цинка, комплексы оксидов хрома и алюминия и т.д. Механизм термохромии – изменение под действием температуры агрегативного состояния или геометрии лиганда в металлокомплексе.

Для текстиля неорганические комплексы не подходят, так как треубют для изменения окраски высоких температур, при которых текстильный материал термодеструктируется.

Органические термохромы могут обратимо изменять окраску по двум механизмам: прямому или сенсибилизированному. Прямой механизм обычно требуют относительно высоких температур (не подходит для текстиля), приводящих к разрыву химических связей или к конформациям молекул. И то и другое приводят к появлению или изменению окраски. При нагреве могут также происходить структурные, фазовые изменения, например, переход в жидкокристаллическое состояние и, как следствие, появление структурной окраски за счет чисто физических, оптических явлений (интерференция, преломление, дифракция и др.).

Разрыв химических связей, приводящий к обратимому появлению окраски, как и в случае фотохромии, связан с формированием цепочки сопряженных двойных связей. Так ведут себя производные спиропиранов (60° – красный цвет, 70° – синий).

Стереоизомеризация при нагреве требует относительно высоких температур (>100°С). При глажении окрашенного азокрасителями текстиля на основе синтетических волокон потребитель часто наблюдает обратимое изменение оттенка окраски, как следствие, цис-трансизомерии азосоединений.

Другой причиной прямой термохромии может быть изомерия, связанная с переходом из плоскостной (копланарной) формы молекулы в объемную.

Особо следует выделить термохромию кристаллических структур, обратимый переход в жидкокристаллическую форму. Жидкие кристаллы: промежуточное состояние вещества между твердокристаллическим и жидким; переход между которыми происходит с изменением температуры. Определенная степень упорядоченности молекул в жидкокристаллическом состоянии обуславливает проявление ими структурной окраски, зависящей от температуры. Окраска в жидкокристаллической форме зависит от коэффициента преломления, в свою очередь зависящего от специфики этой структуры (ориентация и толщина слоев, расстояние между ними). Похожее поведение (структурная окраска) демонстрируют определенные структуры живой и неживой природы: опалы, окраска оперения птиц, морских обитателей, бабочек и др. Правда, это не всегда жидкокристаллическая форма, а чаще фотонные кристаллы. Жидкокристаллические структуры изменяют окраску в интервале –30 – +120°С и чувствительны к очень малым изменениям температур (Δ 0,2°С), что делает их потенциально интересными в различных областях техники.

Все это были примеры прямого механизма термохромии, требующие высоких температур и поэтому мало пригодных для текстиля.

Механизм непрямой (сенсибилизированной) термохромии заключается в том, что вещества, не обладающие термохромными свойствами способны при нагревании запускать механизм хромии других веществ. Интересны системы с отрицательным термохромным эффектом, когда окраска проявляется при комнатной или более низкой температуре, а при нагревании окраска обратимо исчезает.

Такая термохромная система состоит из 3-х компонентов:

1. Краситель или пигмент чувствительные к изменению рН среды (индикаторный краситель), например, спиропираны;
2. Доноры водорода (слабые кислоты, фенолы);
3. Полярный, нелетучий растворитель для красителя и донора водорода (углеводороды, жирные кислоты, амиды, спирты).

В такой 3-х компонентной системе при низкой температуре краситель и донор водорода находятся в тесном контакте в твердом состоянии и окраска проявляется. При нагревании система плавится, и взаимодействие между основными партнерами исчезает вместе с окраской.

Электрохромия возникает за счет присоединения или отдачи электронов молекулами (окислительно-восстановительные реакции). Инициацию этих реакций и проявление окраски можно реализовать за счет слабого тока (всего несколько вольт, подойдут обычные батарейки). При этом в зависимости от силы тока окраска изменяет цвет и оттенок (находка для модной одежды – «хамелеон»).

Электрохромы (конечно должны быть токопроводящими проводниками): оксиды металлов переходной валентности (иридий, рутений, кобальт, вольфрам, магний, родий), фталоцианины металлов, дипиридиновые соединения, фуллерены с добавкой анионов щелочных металлов, электропроводящие полимеры с конъюгированной цепочкой двойных связей (полипиррол, полианилин, политиофены, полифураны).

Основные области применения электрохромных материалов: модная одежда, изменяющая окраску; камуфляж, полностью совпадающий окраской окружающей среды (утро, день, сумерки, ночь); приборы измеряющие силу тока по интенсивности окраски.

Сольватохромия – обратимое изменение окраски при замене растворителя (полярного на неполярный и наоборот). Механизм сольватохромии – разница энергии сольватации основного и возбужденного состояния в разных растворителях. В зависимости от природы сменяемых растворителей происходят батохромные или гипсохромные сдвиги в спектрах поглощения и, соответственно, изменение оттенка окраски

Большинство сольватохромов – металлокомплексные соединения.

Механохромия – проявляется при наличии деформационных нагрузок (давление, растяжение, трение). Наиболее наглядно проявляется в случае окрашенных полимеров, главная цепь которых представляет длинную цепочку сопряженных двойных π-связей. Для проявления ими механохромии часто требуется комбинированное действие механических импульсов, нагрева и изменения рН среды.

Например, полидиацетилены при охлаждении без механических нагрузок имеет синий цвет (λ ~ 640 нм), в напряженном состоянии при 45°С, смоченный в ацетоне материал становится красным (λ ~ 540 нм). Химически модифицируя механохромные полимеры, можно изменять спектр окрашивания при механических нагрузках.

Проведя привитую полимеризацию полидиацетилена с полиуретаном, получают эластомерный полимер, который можно использовать в разных областях для оценки механического напряжения по изменению цвета, а также в модной одежде «стрейтч» из волокон такого строения. В местах изгибов (коленки, локти, таз) будет проявляться окраска.

Наиболее яркие примеры использования хромии в практике в настоящее время

Фотохромия . Колористические эффекты: изменение или проявление окраски при облучении УФ лучами: ткани, обувь, ювелирные изделия, косметика, игрушки, мебель; защита денежных знаков, документов, брендов, камуфляж, актинометры, дозиметры, окна, линзы солнечных очков, фасады из стекла и других материалов, оптическая память, фотовыключатели, фильтры, стенография.

Термохромия . Измерение температуры (термометры), индикаторная упаковка пищевых продуктов, защита документов, жидкокристаллические термохромные системы для декорирования различных материалов, косметика, измерение температуры кожи.

Хромия в модной одежде . Микрокапсулы с фотохромными красителями (производные спиропиранов) вводятся в печатную краску и наносится на ткань по технологии печати. При освещение солнечным светом (содержит близкий УФ ~ 350–400 нм) возникает обратимая окраска (голубая – темно-синяя).

Японская фирма Tory Ind Inc разработала технологию производства термохромных тканей с использованием микрокапсулированной смеси 4-х термохромных пигментов. В интервале температур –40 – +80°С (шаг термочувствительности ~ 5°С) окраска изменяется, захватывая практически весь цветовой спектр (64 оттенка). Эта технология используется для спортивной зимней, модной женской одежды, для оконных занавесей.

Предлагается интересная технология сочетания окрашенной термохромными красителями токопроводящей пряжи (включение металлических нитей). Подведение слабого тока вызывает нагревание пряжи и ее окрашивание. Если ткань с токопроводящими нитями напечатать термохромными красителями, то изменяя переплетения, силу тока можно не только проявлять и изменять окраску, но и создавать разнообразные рисунки. На такое изменение рисунка способны моллюски с помощью хроматофоров (органеллы, содержащие механохромные пигменты). Такие ткани могут и используются для маскировки, цвет и рисунок изменяются под вид окружающей местности (пустыня, лес, поле) и времени суток. По такому принципу изготавливают гибкий дисплей на текстильной основе, который монтируется на верхней одежде. При подведении к такому дисплею слабого тока (например, от батарейки) можно демонстрировать мультипликацию.

Очень эффектно выглядит одежда из стрейтч (эластомерных) волокон окрашенных механохромными красителями. Места одежды с большей растяжимостью (коленки, локти, таз) имеют окраску, отличную от остальных частей одежды.

Хромные красители позволяют получать маскировочный текстиль и одежду. Если текстиль напечатать смесью обычных текстильных и фотохромных красителей, то можно добиться маскировки в любых условиях освещения и видов окружающей среды.

Маскировочные ткани «хамелеон» можно получить с помощью печати электрохромными красителями. Подводя слабый ток можно добиться полного слияния окраски и рисунка с окружающей средой.

Проблема защиты денежных знаков, деловых бумаг, борьба с контрафактной продукцией успешно решается с помощью хромных красителей и пигментов и, прежде всего, фото- и термохромных. Нанесение бесцветных хромных веществ на материал позволяет их обнаружить при освещении УФ или при нагреве.

Дальнейшие перспективы использования хромных красителей (веществ)

Наряду с использованием хромных (термо-, фото-, электро-, механо-) красителей в создании модной одежды и обуви с интересными колористическими эффектами происходит расширение их использования в технических целях: оптика, фотоника, информатика, детектирование вредных веществ.

При использовании хромных красителей на текстиле возникают следующие проблемы:

• высокая стоимость;
• проблемы закрепления и обеспечение перманентности эффекта в условиях эксплуатации изделия (стирка, химчистка, светостойкость);
• ограниченность числа циклов обратимости окраски;
• токсичность.

Достоинством, привлекающим к явлению хромии, является возможность придавать материалам и изделиям особые свойства (функциональность), которые невозможно им сообщить какими-либо другими способами.

1. А.Н.Теренин. «Фотоника молекул красителей и родственных органических соединений». - Ленинград: Наука, 1967. - 616 с.
2. В.А.Барачевский, Г.И.Лашков, В.А.Цехомский. «Фотохронизм и его применение». Москва, «Химия», 1977 г. ― 280 с.
3. H.Meier. Die Photochemie der organischen Farbstoffe; Springer. Verlag: Berlin-GBttingen-Heidelberg, 1964; p. 471.
4. Г.Е.Кричевский. Фотохимические превращения красителей и светостабилизация окрашенных материалов. – М.: Химия, 1986. – 248 с.
5. Г.Е.Кричевский, Я.Гомбкете. Светостойкость окрашенных текстильных изделий. М., Легкая индустрия, 1975 г. ― 168 с.
6. Ю.А.Ершов, Г.Е.Кричевский, Успехи химии, т. 43, 1974г., 537 с.
7. U.A.Ershov, G.E.Krichevsky. Text.Res.J., 1975, v.45, p.187–199.
8. Г.Е.Кричевский. ЖВХО им.Д.И.Менделеева, 1976 г., т.21, №1, с. 72–82.
9. Photochemistry of dyed and pigmented polymers / ed. by N. S. Allen, J. F. McKellar. Applied Science Publishers Ltd, London, 1980, p. 284.
10. Г.Е.Кричевский. Химическая технология текстильных материалов. Т.2 (Колорирование). М., МГУ, 2001 г., 540 с.
11. Г.Е.Кричевский. Толковый словарь терминов (текстиль и химия). М., МГУ, 2005 г., 296 с.
12. Г.Е.Кричевский. Структурная окраска. «Химия и жизнь», 2010 г., №11, с. 13–15.
13. Г.Е.Кричевский. Человек, создавший цветное завтра. «Химия и жизнь», 2007 г., с. 44–47.
14. Методы исследования в текстильной химии. Под ред. Г.Е.Кричевского. М.: Легпромбытиздат, 1993 г. – 401 с
15. Г.Е.Кричевский. Химические, нано-, биотехнологии в производстве волокон, текстиля и одежды. М., МГУ, 2011 г., 600 с., в печати.