Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Применение красителей и пигментов. Учебное пособие
.pdf
Использование современных методик применения флуоресцентноцитохимических метчиков позволяет специфически выявлять в клетках
нуклеиновые кислоты, белки, липиды, изучать структуру клеток – ядро,
ядрышко, митохондрии, цитоплазму, вакуоли, мембраны.
Установлено, что хромосомы человека и многих других организмов неравномерно окрашиваются по длине некоторыми флуорохромами, в первую очередь Акрихинипритом и Акрихином [23].
Широко используются методы изучения клеточных мембран с
помощью флуоресцентных метчиков или зондов, которые ковалентно
или нековалентно взаимодействуют с компонентами мембран – белками и липидами. По параметрам их флуоресценции судят о структуре и функциях этих белков и липидов.
Вначале зонды использовали в основном для исследования активных центров растворимых белков, но сейчас их применяют преимущественно для изучения биологических мембран, а также во многом подобных им липопротеидов, переносящих липиды в организме.
Области применения флуоресцентных зондов в изучении мембран и
липопротеидов весьма разнообразны: это определение заряда поверхности мембран, измерение вязкости липидной фазы мембран, исследование структуры мембран и липопротеидов, определение внутриклеточного рН, разности потенциалов на мембране, изучение транспорта ионов и т.д.
Разработаны очень чувствительные методы определения активности ферментов в клетках, тканях и жидких средах с помощью флуоресцентных метчиков. Для этого используют флуорогенные соединения, являющиеся комплексом субстрата фермента и химически
связанного с ним флуорохрома (обычно флуорохромами являются
Флуоресцеин или 4-метилумбеллиферон). В растворе флуорогенные
соединения не флуоресцируют, а при наличии в исследуемой среде
активного специфического фермента субстрат подвергается разрушению, флуорохром высвобождается, и возникает интенсивная флуоресценция. Для анализа активности клеточных эстераз предложен диацетат Флуоресцеина, который легко проникает в живые клетки и,
51
расщепляясь с высвобождением Флуоресцеина, придает клеткам с активными эстеразами зеленую флуоресценцию. Аналогичным образом
можно определять и лигазную активность клеток [9].
В медицине органические красители (арилметановые, азиновые,
акридиновые) применяются как антисептики, бактерициды и т.п.
Например, Основный ярко-зеленый (триарилметановый), Метиленовый голубой (тиазиновый) обладают бактерицидным действием.
Спиртовой 1 %-ный раствор Основного ярко-зеленого под названием
«Бриллиантовый зеленый» заменяет 5 %-ный раствор йода в спирте.
Многие красители способны поражать простейшие микроорганизмы
и бактерии: так, акридиновые красители Акрихин и Риванол являются противомалярийными препаратами, Риванол также применялся
при амебной дизентерии; Трипафлавин (Акрифлавин) воздействует
на дифтерийную палочку и обладает противотрипаносомным действием. Конго красный (азокраситель) ускоряет свертывание крови
при кровотечениях, Фенолфталеин (фталеиновый) применяется как
слабительное под названием «пурген» [17].
Некоторые ксантеновые красители используют для окрашивания
мыла и косметических препаратов.
11. ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ ДНЕВНЫЕ ПИГМЕНТЫ
Флуоресцентные краски и пигменты светятся в темноте под воздействием ультрафиолетового излучения. Даже при дневном свете
эти материалы довольно ярки, так как световое излучение, попадая на
изображение, нарисованное флуоресцентной краской, не поглощается, как это происходит обычно, а усиливается за счет трансформации
световой энергии.
Флуоресцентные краски и пигменты представлены в восьми основных цветах: белый, лимонно-желтый, оранжевый, красный, карминовый (розовый), голубой, зеленый и фиолетовый.
Комбинацией дневных флуоресцентных пигментов с различными
связующими получают художественные, эмалевые и печатные крас-
52
ки. В качестве связующих используются твердые растворы органических люминофоров или их смесей с красителями в поликонденсационных или (значительно реже) в полимеризационных смолах [9].
Наиболее распространены флуоресцентные краски на основе
карбамид- и меламиноформальдегидных смол, модифицированных
одноатомными или многоатомными спиртами, а также арилсульфамидами. Пигменты с использованием смол, модифицированных
арилсульфамидами, в большинстве случаев более яркие, светопрочные и хрупкие, чем пигменты на основе других смол.
Известны краски на основе полиуретанов и поликарбамидов, обладающие высокой устойчивостью к большинству органических растворителей. Эти пигменты получают при поликонденсации изоцианатов различного строения со спиртами, водой, аминами, амидами или
их смесями в присутствии люминофоров [9].
Одним из первых люминофоров желто-зеленого свечения был
2,2-дигидрокси-1,1’-нафталазин, достаточно интенсивно светящийся в
смоле – продукте поликонденсации меламина, формальдегида и толуолсульфамида. Но эти пигменты широкого распространения не получили из-за малой насыщенности окраски и ограниченной растворимости в указанной смоле. Производные нафталимида применяют как
люминесцентные добавки в производстве грифелей для флуоресцентных карандашей, обладающих хорошими пишущими свойствами.
Известно применение в пигментах катионных, трифенилметановых,
пирониновых, акридиновых, оксазиновых и тиазиновых,
бензоксантеновых и бензотиоксантеновых красителей [21]. Используют
также диарилметановые и фталеиновые красители. Концентрация окрашивающих веществ в пигменте составляет 2-3 % от массы пигмента.
При крашении эмалевыми пигментами образуются пленки, прозрачные для падающих лучей и света люминесценции, излучаемого
люминофорами, входящими в состав краски. Для повышения укрывистости в краски вводят пигменты в максимально возможной концентрации, зависящей от свойств связующего [21]. Для повышения
яркости пигментов их наносят на слой белой эмали.
53
В качестве связующего гуашевых красок рекомендована карбоксиметилцеллюлоза, темперных красок – поливинилацетатная эмульсия. При получении полиграфических печатных красок связующие
представляют собой сложные композиции и, в зависимости от способа печати (офсетная, трафаретная, высокая, глубокая печать), в них
применяют различные печатные олифы, минеральные масла, нитроцеллюлозу, воск, канифоль, литографский лак и другие материалы.
Дневные флуоресцентные пигменты и краски применяют для повышения дальности и отчетливости видения или усиления декоративного эффекта, в гражданской авиации – для маркировки самолетов
и окраски аэродромных знаков, обеспечивающих безопасный полет в
сложных метеорологических условиях, окрашивают дорожные и
навигационные знаки, широко используют в рекламном деле, декоративной живописи, в полиграфической и текстильной печати [4, 21].
Дневные флуоресцентные пигменты все шире применяют для окрашивания пластмасс.
12. ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ КРАСКИ ДЛЯ ПЛАСТМАСС
И СИНТЕТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН
Люминофорная краска – это краска, которая посредством поглощения и накопления световой энергии, впоследствии излучает её в
полной темноте, без каких-либо источников света. При этом накопление может происходить путём поглощения как солнечных лучей,
так и лучей, исходящих от источников искусственного освещения (в
том числе и УФ). Чем ярче лучи и продолжительнее процесс накопления энергии, тем дольше краска будет светиться в темноте.
Окрашивание синтетических волокон и пластмасс осуществляют
в процессе образования полимеров или при переработке их в изделия.
Крашение требует повышенной термостойкости красителей, так как
ведется при сравнительно высоких температурах. Особенно важно
это при крашении в массе полиэфиров и полиамидов, которое проводят в расплаве полимера при 250 ÷ 300 °С [9].
54
К краскам для пластмасс и синтетических волокон предъявляются следующие требования: красители не должны возгоняться, изменять цвет в процессе крашения в массе, ухудшать механические свойства окрашиваемых смол [15].
Основной характеристикой красителей, независимо от способа
крашения, должна быть способность придавать полимерам яркие и
красивые окраски. Можно добиться этой цели, используя органические люминофоры. Так как большинство из них обнаруживает интенсивное свечение в твердых растворах, крашение предпочтительно ведут в массе [4, 5]. При этом учитывают ряд факторов, приводящих к
ослаблению люминесценции или ее полному тушению.
Готовые синтетические волокна обычно окрашивают либо растворимыми в воде, либо дисперсными красителями в красильных
ваннах.
По мере увеличения концентрации люминофора в окрашиваемом
полимере интенсивность свечения повышается до определенного
предела. Поэтому для каждого из применяемых люминофоров должна быть установлена оптимальная концентрация, при которой его использование наиболее эффективно.
Возможно применение смесей люминофоров различных цветов
свечения [9]. Так, смешивая желтый и красный люминофоры, можно
получить окраски оранжевого цвета, оттенки которых меняются в зависимости от соотношения взятых красителей.
Хорошие результаты для крашения пластмасс и синтетических
волокон в массе показывают 1,8-нафтоилен-1',2'-бензимидазол, его
замещенные и производные, рекомендованные для крашения полистирола, полиметилметакрилата, полиамидов и полиэфиров [30].
55
Люминесцентные катионные красители используют для крашения полиакрилонитрильных волокон. Большинство из них имеет четвертичную аммониевую группу и не содержит сульфо- и карбоксильных групп, в присутствии которых свойства катионных красителей
теряются из-за образования внутренних солей, например:
Особое место среди окрашиваемых полимеров занимает полиэтилен, требующий применения красителей, обладающих миграционной устойчивостью [21]. Для этой цели применяются соли органических оснований или полициклические соединения типа рубицена,
которые малорастворимы в полиэтилене. В настоящее время используют композиции, в которых люминофор прочно удерживается полимерной основой, обеспечивая тем самым миграционную устойчивость всей композиции. Основой таких композиций служит смола, в
которую в процессе ее синтеза вводятся люминофоры, содержащие
первичные аминогруппы. Эти аминогруппы взаимодействуют с компонентами смолы в процессе реакции поликонденсации.
В ряде случаев окрашивание полимеров органическими люминофорами приводит к повышению их светоустойчивости благодаря способности люминофоров поглощать УФ-лучи из солнечного света, вызывающие старение полимеров, и излучать менее вредный для них
видимый свет.
Известно светостабилизирующее влияние люминофоров на полистирол, полипропиленовые и полиамидные волокна [9]. Например,
при окрашивании полистирола азокрасителями с добавками люминофоров одновременно со светостабилизацией полимера наблюдается
повышение светопрочности азокрасителей.
56
Люминесцентные материалы нашли свое применение и в киноиндустрии и шоу-бизнесе. Люминесцентная киносъемка, киносъемка
с использованием свечения флуоресцирующих видимых и невидимых
красок в производстве кинофильмов применяется главным образом
для получения кадров с изображениями «висящих в пространстве»
объектов, например, декоративных «космических объектов»: ракет,
самолётов и др.
13. МЕТКА ТВЕРДЫХ И ЖИДКИХ МАТЕРИАЛОВ
Распространенным и важным применением органических люминофоров является их использование в качестве метчиков различных
материалов.
Обычно растворением органических люминофоров метят жидкости. При геологических изысканиях (изучение направления водных
потоков, подземных источников и т.д.) значительное применение
находит Флуоресцеин (1 часть красителя на 40 000 000 частей воды
дает заметную флуоресценцию).
Для гидротехников и геологов большой интерес представляют
сведения о перемещениях песков в различных водоемах [9]. Это
очень важно для предсказания возможности размывания берегов при
проектировании дамб, речных пристаней, морских портов. Такую
информацию получают, используя меченный люминофорами песок.
Часто искусственные смазочные масла для придания им сходства
с натуральными продуктами, выделяемыми из нефти и обладающими
флуоресценцией, подкрашивают люминесцентными красителями [22]. Для этой цели применяют, например, тетрастеароильный
эфир лейкосоединения диоксидибензантрона.
Для автоматизации сортировки почтовых отправлений используют люминесцентные марки. В частности, рекомендуют метить марки
с помощью дисалицилалазина.
57
Большое значение метка различных объектов имеет в криминалистике. Для выявления хищений люминофоры в виде порошков наносят
на поверхность вещей, на ручки дверей складских помещений, несгораемых шкафов. Цвет люминофоров подбирают так, чтобы они не были
заметны на фоне меченых предметов [4, 22]. Под УФ-светом их следы
хорошо видны на руках похитителя и вещах, к которым он прикасался.
Иногда люминесцентную метку получают в результате химических реакций люминофоров с исследуемыми объектами, как это делают при биологических исследованиях. Применение люминофоров в
текстильной промышленности позволяет различать по цвету свечения
волокна из разных материалов. Например, при помощи сульфата
8-гидроксихинолина удается отличить хлопчатобумажную ткань от
льняной, а применяя смеси люминофоров – различить многие синтетические и натуральные волокна [5].
14. ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ТЕРМОИНДИКАТОРЫ
В качестве термоиндикаторов нашли применение органические
люминофоры, чувствительные к изменению температуры. В современной технике широко используются необратимые и обратимые
термоиндикаторы.
Обратимые позволяют своевременно обнаружить нагревание,
связанное с перегрузкой элементов электрических цепей и электрического оборудования, заметить перегревы в движущихся частях различных механизмов, контролировать качество тепловой изоляции,
способствовать предотвращению попадания горячих жидкостей в холодные линии трубопроводов на химических предприятиях и решать
многие другие задачи [9].
Необратимые термоиндикаторы регистрируют максимальную температуру нагрева элементов в сложных механизмах во время их работы.
58
Использование термоиндикаторов обоих типов дает возможность
исследования температурных полей на поверхности различных машин, в том числе летательных аппаратов, в процессе их испытаний и
эксплуатации [9].
Люминесцентные термоиндикаторы применяются для фотоэлектрической, фотографической и визуальной регистрации температур
на ограниченных участках поверхности и для определения температурных градиентов на больших площадях в динамическом и статическом режимах [21]. По интенсивности свечения и изменению цвета
люминофоров при определенной температуре или в узком температурном интервале можно сделать предположение о степени нагревания изделия или материала.
В настоящее время применяемые люминесцентные термоиндикаторы охватывают широкий интервал температур и обладают большой
чувствительностью. Люминофоры вводят в карандаши, пасты, аэрозоли и в специальные покрытия [19].
Известно использование для целей термоиндикации некоторых органических люминофоров, в том числе многих азометинов, практически
полностью утрачивающих способность к люминесценции при переходе
из кристаллического состояния в изотропный расплав. Достижение заданной температуры в этом случае фиксируется по исчезновению светящейся точки на исследуемой нагреваемой поверхности. Большой ассортимент подобных органических люминофоров, различающихся друг
от друга температурами плавления и цветом свечения, позволяет создать
температурную шкалу в интервале температур от комнатной до 300 °С
[9]. Эти термоиндикаторы можно использовать многократно, так как при
охлаждении снова появляется люминесценция.
Имеются сведения об использовании в качестве люминесцентных
термоиндикаторов Родамина С, а также 1,4-дистирилбензола и его
замещенных производных.
59
15. ОРГАНИЧЕСКИЕ СЦИНТИЛЛЯТОРЫ
В качестве сцинтилляторов могут применяться органические люминофоры, способные испускать свет под влиянием ионизирующих
излучений. Под действием ионизирующих частиц в них возникают
кратковременные вспышки – сцинтилляции4.
Сцинтилляторами могут быть люминесцентные неорганические
или органические вещества. Обязательным условием для использования в качестве сцинтилляторов твердых или жидких растворов органических люминофоров является обеспечение растворителем эффективной передачи энергии возбуждения к центрам свечения [21].
Сцинтилляторы используют в сцинтилляционных счетчиках для
детектирования излучений. Счетчик состоит из сцинтиллятора (сцинтилляционный детектор), приемника (фотоумножитель, преобразующий свет сцинтилляции в электрический импульс) и электронного
устройства, регистрирующего эти импульсы. По числу зарегистрированных импульсов определяют плотность потока ионизирующего излучения, по величине импульсов – энергию частицы.
Относительно быстрое и широкое внедрение сцинтилляционных
счетчиков для измерения радиоактивных излучений обусловлено следующими их качествами: огромной разрешающей способностью при
счете отдельных ядерных частиц; способностью измерять энергию
регистрируемой частицы; высокой эффективностью регистрации
гамма-квантов.
Органические сцинтилляторы применяют в виде монокристаллов,
растворов люминофоров в органических растворителях (жидкие
сцинтилляторы) и твердых растворов в пластмассах (пластмассовые
4
Сцинтилляция (от лат. scintillatio – сверкание, искрение) – акт радиолюминесценции, механизм которой состоит из следующих стадий: 1) потеря энергии
быстрой заряженной частицей в сцинтилляторе на возбуждение атомов и молекул
и на образование вторичных свободных электронов, в свою очередь вызывающих
ионизацию и возбуждение; 2) передача энергии от возбужденных или ионизированных частиц к непосредственно высвечивающим центрам (ионам, молекулам
или более сложным комплексам); 3) испускание света сцинтилляции высвечивающим центром.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]