高压下典型染料分子的吸收光谱研究

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染料带给人们生活丰富的色彩,主要应用于布料的印染和作画等。亚甲基蓝、吖啶橙、曙红Y作为典型染料的代表,具有独特的光物理化学性质。染料分子在溶液中一般具有两种存在的形式,分别是单体分子和二聚体分子,两种形式的分子在溶液中处于一种动态的二聚平衡的状态。两种分子的吸收光谱性质不同,本文通过吸收光谱技术研究了高压条件对染料溶液吸收光谱的影响,获得了一系列具有重要科学意义的研究结果。实验中首先对亚甲基蓝和吖啶橙这两种染料的溶液进行了高压吸收光谱的测量。我们对亚甲基蓝进行了两组实验,分别是将其溶于水和甲乙醇体积比4:1混合溶液中。通过两组实验的数据结果发现,亚甲基蓝在溶液中受到压力作用后单体分子吸收峰与二聚体吸收峰的相对强度比减小,说明压力导致溶液中的动态平衡反应向着二聚体分子形成的方向进行,溶液中单体分子数减少,二聚体分子数增加。卸压后单体吸收峰与二聚体吸收峰相对强度恢复到初始状态,说明压力导致的二聚平衡反应的进程变化是可逆的。之后进行了吖啶橙甲乙醇溶液的高压吸收实验,发现压力对其的作用效果与与亚甲基蓝实验中的相同。说明压力能够影响这两种染料在溶液中的二聚平衡反应,使反应向二聚体形成的方向进行。为了进一步研究压力对不同结构类型染料的影响,本文对曙红Y在几种不同溶剂中的高压吸收光谱进行了测量。我们将曙红Y在甲乙醇溶液中的高压吸收光谱与亚甲基蓝和吖啶橙的高压吸收光谱结果进行了比较,压力的影响与后两者的不同,压力对曙红Y在溶液中的二聚平衡反应影响较小。这是由于曙红Y的分子结构与亚甲基蓝和吖啶橙的不同,其中的羧基取代基更易与溶剂分子间形成氢键,减弱了染料分子之间的作用力,从而减小了压力对二聚平衡反应的影响。常压条件下溶剂效应对染料溶液的吸收光谱有较明显的影响,为了探究高压条件下溶剂效应作用的变化,我们选择了乙二醇,甲醇和丙酮这三种不同极性的溶剂来进行曙红Y的高压吸收实验。研究发现在极性越高的溶剂中,曙红Y单体吸收峰的位置随着压力增加红移的程度越小。这是由于压力效应和所用的极性溶剂效应共同作用导致的。由于压力的作用染料单体分子的吸收能级降低,而极性溶液中溶剂分子对染料单体分子的取向力影响使染料单体激发态能量增大,在对吸收能级造成的影响上与压力的效果相反,减小了压力对吸收能级总的影响,以至于由压力引起的染料分子的吸收峰红移的量也就减小了。本论文对研究压力因素影响几种典型染料分子在溶液状态下的化学反应及分子能级状态变化具有重要意义。
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