Красители: история, виды и применение.

Введение

Растворимое химическое вещество или природный материал, способный придавать цвет другим материалам.

Краситель – это цветное вещество, которое химически связывается с подложкой, на которую оно наносится. Это отличает красители от пигментов, которые не образуют химической связи с окрашиваемым материалом. Красители обычно наносятся в водном растворе и могут требовать применения морданта для повышения стойкости окраски волокна. Большинство натуральных красителей получают из неживотных источников, таких как корни, ягоды, кора, листья, древесина, грибы и лишайники. Однако, в связи с высоким спросом и технологическими усовершенствованиями, большинство красителей, используемых в современном мире, синтезируются из веществ, таких как нефтехимическое сырье. Некоторые красители извлекаются из насекомых и/или минералов. Синтетические красители производятся из различных химических веществ. Подавляющее большинство красителей получают именно таким способом благодаря их превосходной стоимости, оптическим свойствам (цвету) и устойчивости (прочности, стойкости к выцветанию). Красители, используемые в Европе, были завезены колонистами в Америку. Окрашенные волокна льна были обнаружены в Республике Грузия в доисторической пещере, датируемой 36 000 лет до н.э. Археологические свидетельства показывают, что окрашивание широко практиковалось на протяжении более 5000 лет, особенно в Индии и Финикии. Ранние красители получали из животных, растительных или минеральных источников, с минимальной или отсутствующей обработкой. Наибольшим источником красителей было растительное царство, в частности корни, ягоды, кора, листья и древесина, хотя лишь немногие из них используются в коммерческих масштабах. Ранняя индустриализация была осуществлена компанией J. Pullar and Sons в Шотландии. Первый синтетический краситель, мовеин, был случайно открыт Уильямом Генри Перкином в 1856 году. Открытие мовеина положило начало расцвету синтетических красителей и органической химии в целом. За ним последовали другие анилиновые красители, такие как фуксин, сафранин и индулин. С тех пор было синтезировано множество тысяч красителей. Открытие мовеина также способствовало развитию иммунологии и химиотерапии. В 1863 году в Германии была основана компания, ставшая предшественницей Bayer AG, расположенной в Вуппертале. В 1891 году Пол Эрлих обнаружил, что определенные клетки или организмы избирательно поглощают определенные красители. Он предположил, что достаточно большая доза может быть введена для уничтожения патогенных микроорганизмов, если краситель не влияет на другие клетки. Эрлих использовал химическое соединение для борьбы с сифилисом, впервые применив химическое вещество для избирательного уничтожения бактерий в организме. Он также использовал метиленовый синий для борьбы с плазмодием, вызывающим малярию.

A dye is a colored substance that chemically bonds to the substrate to which it is being applied. This distinguishes dyes from pigments which do not chemically bind to the material they color. Dye is generally applied in an aqueous solution and may require a mordant to improve the fastness of the dye on the fiber. The majority of natural dyes are derived from non animal sources such as roots, berries, bark, leaves, wood, fungi and lichens. However, due to large scale demand and technological improvements, most dyes used in the modern world are synthetically produced from substances such as petrochemicals. Some are extracted from insects and/or minerals. Synthetic dyes are produced from various chemicals. The great majority of dyes are obtained in this way because of their superior cost, optical properties (color), and resilience (fastness, mordancy). and the dyestuffs of Europe were carried by colonists to America. Dyed flax fibers have been found in the Republic of Georgia in a prehistoric cave dated to 36,000 BP. Archaeological evidence shows that, particularly in India and Phoenicia, dyeing has been widely carried out for over 5,000 years. Early dyes were obtained from animal, vegetable or mineral sources, with no to very little processing. By far the greatest source of dyes has been from the plant kingdom, notably roots, berries, bark, leaves and wood, only few of which are used on a commercial scale. Early industrialization was conducted by J. Pullar and Sons in Scotland. The first synthetic dye, mauve, was discovered serendipitously by William Henry Perkin in 1856. The discovery of mauveine started a surge in synthetic dyes and in organic chemistry in general. Other aniline dyes followed, such as fuchsine, safranine, and induline. Many thousands of synthetic dyes have since been prepared. The discovery of mauve also led to developments within immunology and chemotherapy. In 1863 the forerunner to Bayer AG was formed in what became Wuppertal, Germany. In 1891, Paul Ehrlich discovered that certain cells or organisms took up certain dyes selectively. He then reasoned that a sufficiently large dose could be injected to kill pathogenic microorganisms, if the dye did not affect other cells. Ehrlich went on to use a compound to target syphilis, the first time a chemical was used in order to selectively kill bacteria in the body. He also used methylene blue to target the plasmodium responsible for malaria.

Химия

Цвет красителя зависит от способности вещества поглощать свет в видимой области электромагнитного спектра (380–750 нм). Более ранняя теория, известная как теория Витта, утверждала, что цветной краситель состоит из двух компонентов: хромофора, который придает цвет, поглощая свет в видимой области (например, нитро-, азо- и киноидные группы), и ауксохрома, который усиливает интенсивность цвета. Эта теория была вытеснена современной теорией электронной структуры, согласно которой цвет красителей обусловлен возбуждением валентных π-электронов видимым светом.

Пищевые красители

Еще один класс, описывающий роль красителей, а не способ их применения, – это пищевые красители. Поскольку пищевые красители классифицируются как пищевые добавки, они производятся по более высоким стандартам, чем некоторые промышленные красители. Пищевые красители могут быть прямыми, дубильными и купровыми, и их использование строго регулируется законодательством. Многие из них – азокрасители, хотя для получения таких цветов, как зеленый и синий, используются антрахиноновые и трифенилметановые соединения. Также применяются некоторые природные красители.

Загрязнение

Красители, производимые текстильной, полиграфической и бумажной промышленностью, являются источником загрязнения рек и водоемов. По оценкам, ежегодно производится 700 000 тонн красителей (данные за 1990 год). Утилизация этих материалов привлекает значительное внимание, и для этого используются химические и биологические методы.

Живые красители

"Жизненно важный" краситель, или витальный краситель, – это краситель, способный проникать в живые клетки или ткани, не вызывая немедленных видимых дегенеративных изменений. Такие красители полезны в медицине и патологии для селективного окрашивания определенных структур (например, клеток), чтобы отличить их от окружающих тканей и сделать их более заметными для изучения (например, под микроскопом). Поскольку окрашивание призвано обеспечить изучение клеток или тканей, обычно важно, чтобы краситель не оказывал иного воздействия на структуру или функцию ткани, которое могло бы помешать объективному наблюдению. Различают красители, предназначенные для использования на клетках, удаленных из организма до исследования (суправитальное окрашивание), и красители, используемые в живом организме, вводимые инъекцией или другими способами (интравитальное окрашивание). Последние (например) подлежат более строгим требованиям безопасности и, как правило, должны представлять собой химическое вещество, известное своей способностью не вызывать неблагоприятных эффектов на биохимию организма (до тех пор, пока оно не будет выведено из ткани), а не только на изучаемую ткань, или в краткосрочной перспективе. Термин "витальное окрашивание" иногда используется как взаимозаменяемый как с интравитальным, так и с суправитальным окрашиванием, при этом в обоих случаях основополагающей концепцией является то, что исследуемые клетки остаются живыми. В более строгом смысле термин "витальное окрашивание" является полной противоположностью "суправитального окрашивания". Если живые клетки поглощают краситель при суправитальном окрашивании, они исключают его при "витальном окрашивании"; например, они окрашиваются отрицательно, а только мертвые клетки – положительно, что позволяет определить жизнеспособность, подсчитав процент клеток, окрашивающихся отрицательно. Поскольку краситель определяет, является ли окрашивание суправитальным или интравитальным, комбинация суправитальных и витальных красителей может быть использована для более точной классификации клеток по различным группам (например, жизнеспособные, мертвые, умирающие).