Пигмент

Разнообразию нет предела

Разнообразие растительных пигментов, известных современным исследователям, исключительно велико. Из года в год ученые обнаруживают все новые молекулы. Сравнительно недавно проведенные исследования позволили добавить к двум упомянутым выше разновидностям хлорофилла еще три типа: С, С₁, Е. Впрочем, самым главным по-прежнему считается тип А. А вот каротиноиды еще более разнообразны. Этот класс пигментов науке известен неплохо – именно за их счет приобретают оттенки корнеплоды моркови, многие овощи, плоды цитрусовых деревья и иные дары растительного мира. Как показали дополнительные испытания, канарейки имеют перья, окрашенные в желтый, именно благодаря каротиноидам. Они же дают цвет яичному желтку. За счет обилия каротиноидов азиатские жители обладают своеобразным оттенком кожи.

Ни человек, ни представители животного мира не располагают такими особенностями биохимии, которые бы позволяли вырабатывать каротиноиды. Эти вещества появляются на базе витамина А. Это доказывают наблюдения, посвященные пигментам растений: если курица с продуктами питания не получала растительность, желтки яиц будут очень слабого оттенка. Если канарейка получала большое количество пищи, обогащенной красными каротиноидами, ее перья приобретут яркий оттенок красного.

Натуральная пигментация кожи

Наша кожа способна пигментировать самостоятельно. Всем известно, что такой пигмент как меланин способен менять оттенок. Основные вещества, которые часто встречаются: каротиноиды, гемоглобин оксигенированный и восстановленный.

Есть 2 типа пигментации:

Конституционный. Это генетически заложенный тип, на который не могут влиять внешние факторы. Благодаря ему наше человечество делится на расы.

Факультативный. Вот он напрямую зависит от внешней среды. Например, загоревшая на солнце кожа сначала меняет цвет, но со временем приобретает естественный оттенок. Еще на этот фактор могут влиять различные заболевания, но после устранения причины гиперпигментация исчезает.

Сейчас люди научились самостоятельно влиять на пигмент кожи. Для этого существуют специальные препараты. Эти процедуры лучше не делать, а обратиться к косметологу. Часто женщины хотят избавиться от веснушек.

Красный и зеленый

Говоря о фотосинтетических пигментах высших растений, следует отметить, что такие могут поглощать кванты световых волн. Отмечается, что это относится лишь к части спектра, видимой для человеческого глаза, то есть для длины волны в границах 400-700 нм. Растительные частицы могут поглощать лишь кванты, располагающие достаточным энергетическим запасом для реакции фотосинтеза. Ответственность за поглощение возложена исключительно на пигменты. Учеными исследованы древнейшие формы жизни растительного мира – бактерии, водоросли. Установлено, что в них есть разные соединения, которые могут акцептировать свет видимого спектра. Некоторые разновидности могут принимать световые волны излучения, не воспринимаемого человеческим глазом – из блока, ближнего к инфракрасному. Кроме хлорофиллов такая функциональность природой возложена на бактериородопсин, бактериохлорофиллы

Исследования показали важность для реакций синтеза фикобилинов, каротиноидов

Разнообразие фотосинтетических пигментов растений отличается от группы к группе. Многое определяется условиями, в которых форма жизни обитает. У представителей высшего растительного мира разнообразие пигментов меньше, нежели у эволюционно древних разновидностей.

Важнейшие представители

Белые: диоксид титана, оксид цинка, литопон, свинцовые белила. Последние практически вытеснены титановыми белилами, которые представляют собой диоксид титана в смеси с баритом или цинковыми белилами, а затем диоксидом титана. Цинковые белила имеют желтоватый оттенок и уступают титановым по стоимости.
Чёрные: технический углерод, (сажа), Представляет собой углерод (до 99%) кристаллической структуры, обладает высокой красящей способностью, высокой дисперсностью, химически инертен и имеет гидрофобный характер., чёрные железооксидные пигменты — природные или синтетические смешанные оксиды двух- и трёхвалентного железа — FeO-Fe₂O₃ имеют высокую красящую способность., черни — углерод аморфной структуры, получаемый прокаливанием без доступа воздуха различного органического сырья животного и растительного происхождения.
Цветные неорганические пигменты:

- красные железооксидные пигменты: сурик железный, мумия — оксиды железа Fe3+ (Fe₂ O₃ ), содержащие до 20 % примесей алюмосиликатов и кварца, сурик свинцовый — смешанный оксид двух- и четырёхвалентного свинца (2PbO•PbO₂).
- ультрамарин, железная лазурь, берлинская лазурь
- оксид хрома: Cr₂O₃, пигмент оливково-зелёного цвета, высокоустойчив к действию кислот и щелочей, абразивен. Применяется в ЛКМ для химстойких и специальных атмосферостойких покрытий.
- массикот,
- умбра.
Органические пигменты: азопигменты, фталоцианиновые пигменты, полициклические пигменты
Пигменты — металлические порошки: алюминиевая пудра, цинковая пыль, порошки меди и бронзы, порошки нержавеющих сталей, титана, никеля, хрома, дисульфид олова (муссивное золото), серебрянка

Пигменты являются твёрдыми компонентами композиционных лакокрасочных материалов — красок, эмалей, грунтовок, шпатлёвок и порошковых композиций.

Важнейшие свойства

Пигменты переходных металлов: нитрат кобальта(II) Co(NO₃)₂, дихромат калия K₂Cr₂O₇, хромат калия K₂CrO₄, хлорид никеля(II) NiCl₂, медный купорос CuSO₄·5H₂O, перманганат калия KMnO₄.(водные растворы, слева направо)

Физические свойства: кристаллическая структура , показатель преломления , цвет, плотность, твёрдость, форма и размер частиц (дисперсность), удельная поверхность, насыпная плотность, растворимость.
Химические свойства: рН водной вытяжки, стойкость к воде и химическим реагентам, реакционная способность, кислотно-основные свойства поверхности.
Физико-химические свойства: смачиваемость (гидрофильность или олефильность), плотность и прочность упаковки частиц в агрегатах, адсорбционная способность поверхности, фотохимическая активность, светостойкость, фототропность, способность изменять электродный потенциал поверхности (пассивирующее действие).
Технологические свойства: укрывистость, красящая способность (интенсивность), маслоёмкость, диспергируемость, критическое объёмное содержание, структурирующая способность, атмосферостойкость, совместимость с другими компонентами системы.

Голубые и не только

Голубой оттенок растительность получает благодаря фитохрому. Это протеиновый растительный пигмент, ответственный за контроль цветения. Он регулирует прорастание семечка. Известно, что фитохром может ускорить цветение некоторых представителей растительного мира, у других происходит противоположный процесс замедления. В некоторой степени его можно сравнить с часами, но биологическими. В настоящий момент ученые пока не знают всю специфику механизма действия пигмента. Обнаружили, что строение этой молекулы корректируется временем суток и освещенностью, передавая информацию об уровне света в среде растению.

Синий пигмент в растениях – антоциан. Впрочем, есть несколько разновидностей. Антоцианы не только дают синюю окраску, но и розовую, ими же объясняются красный и сиреневый цвета, иногда – темный, насыщенный фиолетовый. Активная генерация антоцианов в растительных клетках наблюдается, когда понижается температура окружающего пространства, останавливается генерирование хлорофилла. Окраска листвы меняется с зеленой на красную, рыжую, синюю. Благодаря антоциану розы и маки имеют яркие алые цветы. Этот же пигмент объясняет оттенки соцветий герани и васильков. Благодаря голубой разновидности антоциана колокольчики имеют свой нежный цвет. Определенные разновидности этого типа пигментов наблюдаются в винограде, краснокочанной капусте. Антоцианы обеспечивают окрашивание терна, сливы.

Виды

Все вещества используются в своей сфере. Например, для изготовления теней и помад нельзя брать пигменты для красок в мыловарение, так как для макияжа структура порошка сильно отличается. Она больше измельчена и выделяется плотностью и твердостью. Но это означает, что вы сами дома можете использовать, например, тени для изменения цвета помады.

Все пигменты подразделяются на 2 вида:

Неорганические (минеральные). Самой широкой цветовой гаммой обладает оксид железа, который вырабатывают из горных пород. Он совершенно нетоксичен и довольно стойкий. Из него получают различные оттенки от красно-бурого до охры. Смешивая их можно добиться нового цвета. Из диоксида титана получается насыщенный белый, который используют также в фармацевтических и пищевых производствах. А вот оксид хрома дает зеленый оттенок. Натуральные пигменты дорогие и не всем производителям по карману, поэтому они покупают дешевые китайские минеральные наполнители (белая глина, слюда, тальк, оксид бария) и при смешивании снижают стоимость.
Органические. Имеют растительное или животное происхождение, в составе молекул всегда есть углерод. Они менее яркие и стойкие. Их редко используют в перманентном макияже.

В последнее время появились пластиковые пигменты.

Биологическая роль

Природные пигменты выполняют множество функций. Они определяют окраску организмов, важную для их приспособления к внешней среде. Окраска отдельных частей растений служит для привлечения насекомых-опылителей и птиц, распространяющих семена, окраска тела у животных способствует защите от врагов, маскирует их при выслеживании добычи или предупреждает врагов о ядовитости. Также эти пигменты могут осуществлять защиту организма от ультрафиолетового излучения солнца. Многие природные пигменты принимают участие в фотохимических процессах, в частности, хлорофилл, бактериохлорофилл, бактериородопсин являются фотосинтезирующими ферментами, родопсин животных задействован в зрительном процессе. Дыхательные пигменты (гемоглобин, гемэритрин, гемоцианин, цитохромы, дыхательные хромогены и др.) участвуют в переносе кислорода к тканям и тканевом дыхании.

Молекула хлорофилла.

Биологические пигменты, как правило, находятся в различных структурах клетки, реже — в свободном состоянии в жидкостях организма. Так, хлорофилл расположен в хлоропластах, каротиноиды — в хромопластах и хлоропластах, гемоглобин, как правило, в эритроцитах, меланин — в меланоцитах.

О чем идет речь?

Изучая фотосинтетические пигменты растений, обнаружили, что у высших растительных форм есть лишь две разновидности хлорофилла (упомянутые ранее А, В). Оба этих типа – порфирины, в которые есть атом магния. Преимущественно они входят в светособирающие комплексы, которые поглощают энергию света и направляют ее реакционным центрам. В центрах содержится сравнительно малый процент общего имеющегося у растения хлорофилла первого типа. Здесь протекают первичные взаимодействия, характерные фотосинтезу. Хлорофиллы сопровождаются каротиноидами: их, как выяснили ученые, обычно наблюдается пять разновидностей, не более. Эти элементы также собирают свет.

Будучи растворенными, хлорофиллы, каротиноиды – пигменты растений, имеющие узкие полосы светопоглощения, отстоящие друг от друга довольно значительно. Хлорофиллам присуща способность максимально эффективно поглощать синие волны, они могут работать с красными, но очень слабо улавливают зеленый свет. Расширение спектра и перекрытие обеспечивается хлоропластами, выделяемыми из листьев растения без особенного труда. Мембраны хлоропластов отличаются от растворов, поскольку красящие компоненты соединены с протеинами, жирами, вступают в реакции друг с другом, а энергия мигрирует между сборниками и центрами накопления. Если рассматривать спектр светопоглощения листа, он окажется еще более сложным, сглаженным, нежели отдельного хлоропласта.

Что такое пигмент и как он работает?

Пигменты являются красящими веществами. В отличие от красителей, они состоят из частиц и практически нерастворимы в окрашиваемой среде. Окрашиваемая среда — это вещество, в которое введен пигмент. В биологии термин «пигмент» относится ко всем красящим веществам в живом организме.

Пигменты воспроизводят свои цвета, потому что они избирательно отражают и поглощают определенные световые волны. Белый цвет примерно равен смеси из всей видимой части спектра света. Когда такая волна света встречается с пигментом, некоторые волны поглощаются химическими связями и заместителями пигмента, а другие отражаются. Этот новый спектр отраженного света создает некую видимость цвета. Например, темно-синий пигмент отражает синий свет и поглощает другие цвета.

Стало немного понятнее, что такое пигмент, однако нужно уяснить, что пигменты, в сравнении с флуоресцентными или фосфоресцентными веществами, могут только поглощать волны получаемого ими света, но не излучать новые. Другие характеристики цвета, такие как его концентрация или яркость, могут быть сформированы из других веществ, которые взаимодействуют с пигментами. Чистый краситель пропускает очень мало волн белого света, обеспечивая насыщенный цвет.

Применение

Введение пигментов в лакокрасочные материалы является основным методом регулирования декоративных свойств покрытий — цвета и непрозрачности (укрывистости).

Пигмент придаёт укрывистость пигментированному материалу в том случае, если его показатель преломления выше показателя преломления плёнкообразователя. Чем больше разница в показателях преломления пигмента и плёнкообразователя, тем больше укрывистость такого пигментированного материала. Кроме того, важна форма частиц пигмента, например, пластинчатая форма частиц пигмента даёт большую укрывистость, чем игольчатая или сферическая.

Введение пигментов и наполнителей позволяет регулировать и другие важнейшие свойства композиционных материалов — деформационно-прочностные, изолирующие, противокоррозионные, адгезионную прочность, а также получать покрытия со специальными свойствами — электропроводящие, электроизолирующие, теплостойкие, огнезадерживающие и т.д
Наряду с пигментами для наполнения полимерных покрытий применяют наполнители

Особенности активности

Ученые, изучая этот основной пигмент высших растений, обнаружили, что он есть во всякой зелени: в список включены овощи, водоросли, бактерии. Хлорофилл – полностью натуральное соединение. По природе оно обладает качествами протектора и предупреждает трансформацию, мутацию ДНК под влиянием отравляющих соединений. Были организованы специальные исследовательские работы в индийском ботаническом саду при НИИ. Как удалось обнаружить ученым, полученный из свежей зелени хлорофилл может уберечь от отравляющих соединений, патологических бактерий, а также успокаивает активность очагов воспаления.

Хлорофилл недолговечен. Эти молекулы очень хрупкие. Солнечные лучи ведут к гибели пигмента, но зеленый лист в силах генерировать новые и новые молекулы, замещающие отслуживших свое товарищей. В осенний сезон хлорофилл более не вырабатывается, поэтому листва теряет свой цвет. На первый план выходят другие пигменты, до этого скрытые от глаз внешнего наблюдателя.

Татуаж и татуировка

Для татуажа используют только неорганические минеральные красители, так как они практически не выводятся из-под кожи. Чаще это растительные компоненты с некристаллической структурой. Например:

сажа;
умбра;
охра;
сиена;
ультрамарин.

А вот для перманентного макияжа в красителях содержатся органические составляющие, которые держаться менее короткий срок, и со временем вымываются, практически не оставляя следа. Их легче вывести, используя ультрафиолет и процедуры, ускоряющие кровообращение.

Применяются различные основы для перманента:

Водно-спиртовые. Чаще используются вместе с пигментами для татуажа. Плюсом такой основы служит быстрое высыхание. Но они не экономичны.
Кремовые. За основу часто берут глицерин или сорбитол. Из-за плотности они не могут проникнуть глубоко и оставляют насыщенный цвет, но ультрафиолет с легкостью будет помогать краске терять яркость. Сюда добавляют натуральные экстракты, которые обладают лечебными свойствами.
Гелиевые. На этой основе изготавливают пигменты нового поколения. Они не требуют дополнительных средств: закрепителей, разбавителей. В состав добавляют дистиллированную воду и изопропиловый спирт. Это поможет увеличить свертываемость крови, а алоэ и магнезия не допустят герпеса.

Отражение и поглощение

Изучая пигменты листа растения, ученые установили, что некоторый процент попадающего на листок света отражается. Такое явление разделили на две разновидности: зеркальную, диффузную. Про первую говорят, если поверхность блестит, гладкая. Отражение листа преимущественно формируется вторым типом. Свет просачивается в толщу, рассеивается, меняет направление, поскольку и во внешнем слое, и внутри листа есть разделяющие поверхности с разными показателями преломления. Аналогичные эффекты наблюдаются, когда свет проходит сквозь клетки. Сильного поглощения нет, оптический путь намного больше толщины листа, измеренной геометрически, и листок способен поглотить больше света, нежели пигмент, выделенный из него. Листья поглощают намного больше энергии и в сравнении с отдельно исследуемыми хлоропластами.

Поскольку есть разные пигменты растений – красные, зеленые и прочие – соответственно, явление поглощения неравномерное. Лист способен воспринимать свет разной длины волны, но эффективность процесса отлична. Наиболее высокая поглощающая способность зеленой листве присуща относительно фиолетового блока спектра, красного, синего и голубого. Сила поглощения практически не определяется тем, насколько концентрированы хлорофиллы. Это связано с тем, что среде присуща высокая рассеивающая способность. Если пигменты наблюдается в высокой концентрации, поглощение происходит вблизи поверхности.

Химия и биология

Сперва ученые установили, что пигмент зеленого цвета в растениях бывает двух разновидностей, которым дали наименования по двум первым буквам латинского алфавита. Разница между разновидностями хоть и невелика, но все же есть, и наиболее ощутима при анализе боковых цепей. Для первой разновидности их роль играет СН₃, для второго типа – СНО. Обе формы хлорофилла принадлежат к классу активных фоторецепторов. За их счет растение может поглощать энергетическую составляющую солнечного излучения. Впоследствии выявили еще три типа хлорофилла.

В науке зеленый пигмент растений называется хлорофиллом. Исследуя отличия двух основных разновидностей этой молекулы, присущей высшей растительности, выявили, что длина волн, которые могут поглощаться посредством пигмента, несколько отлична для типов А и В. Фактически, как считают ученые, разновидности эффективно дополняют друг друга, тем самым обеспечивая растению способность максимально качественно поглощать необходимые объемы энергии. В норме обычно первый тип хлорофилла наблюдается во втрое большей концентрации, нежели второй. Суммарно они формируют зеленый растительный пигмент. Три прочих типа нашли только у древних форм растительности.

Фотоомоложение и фототерапия в коррекции пигмента: что лучше выбрать?

Несмотря на относительно схожие названия, это 2 разных метода. Главное отличие – разный спектр и глубина интенсивности воздействия световых лучей. Фотоомоложение эффективно против поверхностных пигментных пятен, то есть, находящихся на верхних слоях кожи. Тогда как фототерапия действует более интенсивно, благодаря чему ее используют не только для борьбы с пигментацией, но и для лечения псориаза, устранения проблем с сосудами и выведения акне.

Что лучше – фототерапия или фотоомоложение – однозначно ответить нельзя. Каждый из методов целесообразен в тех или иных ситуациях, когда требуется световое воздействие нужной интенсивности.

Но если вы хотите гарантированно избавиться от излишней пигментации на коже, то лучше всего выбрать именно фототерапию. Специалисты нашей клиники считают ее наиболее эффективной методикой. Она помогает улучшить состояние кожи без необходимости в сильнодействующих препаратах. Главные плюсы процедуры:

Безопасность.
Быстрое достижение терапевтического действия.
Отсутствие неприятных ощущений – за исключением легкого покалывания.
Возможность индивидуального расчета световой «дозы».
Быстрое достижение эффекта – прогресс есть уже после первого сеанса, всего же требуется 2-3 процедуры.

Важное преимущество фототерапии в том, что организм человека не воспринимает эту процедуру как стороннее воздействие. Фототерапевтические лучи по характеру и эффективности своего воздействия на проблемные участки кожи считаются аналогом лучей солнца

Разница лишь в глубине и интенсивности облучения.

Помните, что пигментные пятна на коже – одна из самых легко решаемых проблем в современной косметологии. Успешность фототерапии доказана в 80-90% случаев, что подтверждается на практике и в нашей клинике!

Группы биологических пигментов

Биологические пигменты подразделяются на несколько классов в зависимости от своего строения.

Каротиноиды

Каротиноиды придают окраску большинству оранжевых овощей и фруктов.

Каротиноиды — наиболее распространённый класс биологических пигментов. Они обнаружены у большинства живых существ, в том числе у всех без исключений растений, многих микроорганизмов. Каротиноиды обуславливают окраску многих животных, особенно насекомых, птиц и рыб. Каротиноиды и их производные, помимо прочего, являются основой зрительных пигментов, отвечающих за восприятие света и цвета у животных.

К каротиноидам относятся такие пигменты, как каротин, гематохром, ксантофилл, ликопин, лютеин, родопсин (зрительный пурпур) и другие.

Хиноны

Хиноны — химические соединения, производные моноциклических или полициклических ароматических углеводородов, в составе которых присутствует ненасыщеный циклический дикетон. Их окраска варьирует от бледно-жёлтой до оранжевой, красной, пурпурной, коричневой и почти чёрной. Обнаружены у многих грибов, лишайников и в некоторых группах беспозвоночных. Широко используемый краситель ализарин относится к группе хинонов.

Флавоноиды

Яркая окраска лепестков цветов обусловлена антоцианом.

Флавоноиды — O-гетероциклические фенольные соединения. В природе синтезируются почти исключительно высшими растениями. В их число входят антоцианы, обуславливающие наиболее яркие цвета растений — красные, пурпурные, синие части цветов и плодов; флавоны, флавонолы, ауроны, халконы определяют жёлтую и оранжевую окраску плодов и листьев. К группе флавоноидов относятся также природные антиоксиданты катехины.

Пигменты на основе порфирина

В эту группу входят биологические пигменты, в составе которых присутствует порфириновый комплекс. Гем, один из видов порфиринов, входит в качестве простетической группы в состав таких соединений, как гемоглобин, билирубин, цитохром c, цитохром P450 и другие. К этой группе относятся также растительные пигменты — хлорофилл, феофитин и т. п. Как правило, пигменты этого класса участвуют в фотохимических процессах, а также являются ферментами, задействованными в обмене веществ. Их роль как собственно красителей второстепенна.

Другие

Меланин — один из самых распространённых пигментов у животных, обуславливающий их тёмную окраску. Также встречается у растений и микроорганизмов. У позвоночных синтезируется в особых клетках — меланоцитах. Меланины широко распространены в растительных и животных тканях, а также у простейших. Они определяют окраску кожи и волос, например масти лошадей, цвет перьев птиц (совместно с интерференционной окраской), чешуи рыб, кутикулы насекомых. Меланины поглощают ультрафиолетовые лучи, и тем самым защищают ткани глубоких слоёв кожи от лучевого повреждения.
Другой недавно обнаруженной функцией является усвоение некоторыми грибами ультрафиолетового и гамма-излучения для обеспечения жизнедеятельности.[источник не указан 906 дней]

Люциферины — группа светоизлучающих биологических пигментов, встречаются у организмов, способных к биолюминесценции. Представляют собой небольшие молекулы, служащие субстратом для соответствующих ферментов люцифераз, осуществляющих их окисление.

Некоторые виды и названия пигментов

Это поможет вам разобраться:

Углеродные пигменты: технический углерод, черная слоновая кость, черная лоза, черный дым. Это пигменты, часто используемые в косметике. Являются отличным источником темного оттенка.
Пигменты кадмиевые: зеленый кадмий, красный кадмий, кадмий желтый, оранжевый. Эти пигменты отличаются хорошей устойчивостью к кислотам и высоким температурам.
Пигменты оксидов железа: красная окись, охра, красная охра, венецианская красная. Незаменимые пигменты для красок. В том числе, минеральных.
Пигменты хрома: хром зеленый, хром желтый. Такие пигменты нашли широкое применение в живописи. Очень хорошо зарекомендовали себя в сочетании с акрилом.
Пигменты кобальта: кобальт лазурный синий, фиолетовый, кобальт желтый. Такие вещества очень долговечные и обладают высокой непрозрачностью. Однако цена на данный вид пигментов высока.
Медные пигменты: Парижская зелень, ярь-медянка, египетский синий. Эти пигменты применяются с незапамятных времен в малярном и художественном направлениях. На данный момент почти вышли из употребления из-за их ядовитости.
Биологические пигменты: ализарин, ализарин-кармин, индиго, кошениль, тиропурпура, фталоцианин. Универсальные пигменты, которые используются повсюду: и в быту, и в пищевой промышленности, и в изобразительном искусстве.

Можно сказать, что пигменты широко используются в современном мире.