譚敏紅,朱慶芳

0 引言

紡織品纖維成分及其含量是判定商品價(jià)值的主要指標(biāo)之一，幾乎所有的國(guó)家為保護(hù)消費(fèi)者的合法權(quán)益都頒布相關(guān)的法令，規(guī)定紡織品必須標(biāo)注纖維成分及其含量。因此，纖維成分含量分析在紡織品的眾多檢測(cè)項(xiàng)目中地位非常重要。然而，現(xiàn)有紡織品的纖維含量分析方法（化學(xué)溶解法和手工拆分法）檢測(cè)時(shí)會(huì)使用有毒有害的化學(xué)試劑，該方法存在對(duì)環(huán)境污染大、檢測(cè)周期長(zhǎng)、對(duì)檢測(cè)環(huán)境及操作人員要求高、檢測(cè)成本高等缺點(diǎn)，同時(shí)檢測(cè)過程中的樣品必須是破壞性的，因此研究和開發(fā)一種快速、簡(jiǎn)捷、無需化學(xué)試劑的檢測(cè)方法是全球紡織品纖維含量檢測(cè)的重要需求。

近年來紅外技術(shù)在儀器和應(yīng)用領(lǐng)域方面獲得高度發(fā)展,尤其在紡織領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展,以其高效和快速的特點(diǎn)而倍受關(guān)注[1]。本項(xiàng)目是用近紅外光譜儀在預(yù)先建立好的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上對(duì)紡織品進(jìn)行纖維含量檢測(cè)，該方法操作簡(jiǎn)單，樣品無需預(yù)處理、無需破壞、無需化學(xué)試劑，而且檢測(cè)時(shí)間僅需幾分鐘，不僅提高了檢測(cè)效率，還有利于環(huán)境保護(hù)。近紅外光譜技術(shù)是一種間接分析技術(shù)，先利用常規(guī)分析手段獲得建模樣品集的組分或性質(zhì)的基本數(shù)據(jù)，再建立定量模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)未知樣本的含量分析，檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與定量模型的可靠性有直接的關(guān)系。因此，如何建立一個(gè)準(zhǔn)確的定量模型在近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用中至關(guān)重要，文中在已建立好精準(zhǔn)的棉氨綸近紅外模型的基礎(chǔ)上探討使用近紅外法測(cè)試棉氨產(chǎn)品纖維含量的可行性。

1 試驗(yàn)

1.1 原理

紡織品的近紅外光譜是多分子體系的紅外光譜，它反映了紡織品中纖維分子的C—H、O—H、C—O等化學(xué)鍵的泛頻振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)近紅外光的吸收特性。利用紡織品在漫反射的條件下對(duì)近紅外光吸收特性的不同，使用近紅外光譜分析儀進(jìn)行測(cè)試。在近紅外光譜波長(zhǎng)范圍內(nèi)，提取物質(zhì)近紅外光譜信息，利用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)建立混合物各組分含量與近紅外光譜特征之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，用近紅外光譜分析模型測(cè)試未知混合物的成分含量。

1.2 試驗(yàn)材料

各類棉氨織物（成分組織循環(huán)大的織物、夾心復(fù)合織物、起絨織物、起毛織物、鉤編織物等除外）。

1.3 試驗(yàn)儀器

由光學(xué)、電子、機(jī)械和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成的近紅外光譜分析儀，測(cè)樣附件采用漫反射方式，配備有光譜采集功能、樣品集編輯、光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理、選擇光譜區(qū)間、定性/定量校正、模型驗(yàn)證和檢測(cè)功能的通用化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件。且近紅外光譜分析儀的各項(xiàng)參數(shù)應(yīng)符合下列要求：

波長(zhǎng)范圍：1 000～2 500 nm；

波長(zhǎng)準(zhǔn)確性：≤±1 nm；

波長(zhǎng)重復(fù)性：≤1 nm；

吸光度重復(fù)性：優(yōu)于0.000 4 AU；

噪音：≤5×10-5AU；

信噪比：≥3 000∶1；

采樣光斑直徑：＞30 mm。

1.4 試劑

褪色劑（用樣品、氫氧化鈉、連二亞硫酸鈉和水以1 g∶1.2 g∶1.3 g∶50 mL的比例進(jìn)行配制）。

1.5 近紅外試驗(yàn)方法

1.5.1 建立模型

為了控制模型的精度，必須對(duì)建模樣品進(jìn)行嚴(yán)格挑選，符合建模條件的樣品才可作為建模的校正集樣品，建模樣品的成分均為換算為公定回潮率的含量比。由于棉氨樣品結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，且氨綸比例范圍也比較集中,因此大部分樣品都能參與建立模型（圖譜異?？椢?、兩面互為陰陽面的織物、夾心的復(fù)合織物、起絨織物、起毛織物、鉤編織物等除外）

1.5.2 用數(shù)學(xué)法與模型匹配

用于建立模型的樣品量的代表性對(duì)模型結(jié)果的影響非常大。一般情況下樣品越多，樣品代表性越強(qiáng)，建立的近紅外定量分析模型檢測(cè)結(jié)果越準(zhǔn)確。棉氨樣品近紅外模型內(nèi)數(shù)據(jù)達(dá)到2 000個(gè)后方可進(jìn)行測(cè)量。為保證模型的準(zhǔn)確性，在建模過程中使用的數(shù)據(jù)要與采用拆分法所得數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配。

1.5.3 測(cè)試樣品

先將樣品放置在近紅外光譜儀的檢測(cè)器上，然后開始測(cè)試，測(cè)試結(jié)束后會(huì)顯示對(duì)應(yīng)的圖譜，見圖1-2。在檢測(cè)過程中應(yīng)確保樣品的被測(cè)表面平整且清潔。為了防止采集到樣品背面透射過來的其他物質(zhì)的光譜，應(yīng)將試樣多疊幾層，并對(duì)同一樣品的正反面各測(cè)一次，最終結(jié)果取平均值。

若測(cè)試樣品的兩面互為陰陽面，近紅外正反面預(yù)測(cè)值的平均值與實(shí)際值一致，那么這類樣品不可用作建立模型，但可以用作近紅外測(cè)試；若測(cè)試樣品的顏色為天藍(lán)色，就可能會(huì)出現(xiàn)圖譜正常但測(cè)試數(shù)據(jù)比拆分?jǐn)?shù)據(jù)小很多的現(xiàn)象，這種情況下的測(cè)試數(shù)據(jù)不可使用；若測(cè)試樣品為黑色牛仔布或灰色等樣品，就可能會(huì)出現(xiàn)圖譜異常的現(xiàn)象（如圖3-4），此時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)也不可使用。

1.5.4 不適用近紅外法樣品的解決方法

對(duì)于黑色牛仔布、灰色、天藍(lán)色等由于染料原因?qū)е陆t外圖譜異常的樣品，可先行對(duì)樣品進(jìn)行褪色，再將剝好色的樣品烘干后進(jìn)行試驗(yàn)。剝色時(shí)將試樣在盛有褪色劑的燒杯中煮沸3～5 min，經(jīng)熱水、冷水交替徹底清洗、烘箱烘干后再備樣。剝色效果可通過目測(cè)方法進(jìn)行評(píng)定，主要看褪色前后試樣顏色的變化和剝色的均勻性。清洗試樣一定要徹底，如不徹底洗凈，褪好色的樣品有可能顏色不均勻，從而影響試驗(yàn)結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 拆分法與近紅外法定量檢測(cè)結(jié)果比對(duì)

各選取10只不同投料比的棉氨樣品，先取2份進(jìn)行試驗(yàn)。采用拆分法對(duì)其中1份進(jìn)行定量試驗(yàn)，再對(duì)另一份樣品進(jìn)行近紅外法定量試驗(yàn)，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，詳見表1。

圖1 棉氨近紅外測(cè)試樣品正常圖譜

圖2 棉氨近紅外測(cè)試樣品正常圖譜

圖3 棉氨近紅外測(cè)試樣品異常圖譜（黑色牛仔布）

由表1可知，對(duì)10只不同設(shè)計(jì)值的棉氨綸樣品進(jìn)行試驗(yàn)，采用拆分法與采用近紅外法進(jìn)行定量檢測(cè)的結(jié)果準(zhǔn)確性都很高，均控制在±1%以內(nèi)。采用拆分法測(cè)試的棉含量試驗(yàn)誤差為-0.1%～0.7%。采用近紅外法測(cè)試的棉含量試驗(yàn)誤差為-0.2%～0.7%。因此，采用近紅外光譜法對(duì)棉氨產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試所得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與采用拆分法測(cè)所得的數(shù)據(jù)具有較好的一致性。

圖4 棉氨近紅外測(cè)試樣品異常圖譜（灰色樣品）

表1 拆分法與近紅外法定量檢測(cè)結(jié)果的比對(duì) /%

2.2 精密度測(cè)試

采用近紅外法對(duì)同一只棉氨樣品進(jìn)行10次試驗(yàn)，并對(duì)其精密度進(jìn)行考察，具體試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可知，在95%的置信度下，置信界限的平均值為±0.27%，小于GB/T 2910.1—2009《紡織品定量化學(xué)分析第1部分：試驗(yàn)通則》規(guī)定的±1%的置信界限，其結(jié)果表明用近紅外法光譜對(duì)棉氨織物進(jìn)行檢測(cè)的方法是可行的。

2.3 近紅外光譜法與傳統(tǒng)方法比對(duì)

目前紡織檢測(cè)行業(yè)檢測(cè)棉氨紡織品一般首選拆分法，其次是化學(xué)溶解法（例如二甲基甲酰胺法/二甲基乙酰胺法），表3中對(duì)上述三種方法進(jìn)行了分析比對(duì)。由表3可知，三種測(cè)試方法中近紅外光譜法速度最快、對(duì)設(shè)備環(huán)境要求最低、不破壞樣品、對(duì)人員無傷害。

表2 95.0%棉/5.0%氨綸織物精密度測(cè)試 /%

表3 三種方法對(duì)棉氨樣品組分測(cè)試比較

3 結(jié)綸

（1） 用近紅外光譜法對(duì)棉氨織物進(jìn)行定量分析的方法準(zhǔn)確可行。

（2） 該檢測(cè)方法與傳統(tǒng)方法相比,檢測(cè)速度快、樣品無需破壞、測(cè)試時(shí)無需使用化學(xué)試劑和對(duì)檢測(cè)人員無傷害的優(yōu)點(diǎn),且有利于環(huán)境保護(hù)。

[1] 王京力，耿響，桂家祥等.基于近紅外光譜法快速檢測(cè)滌氨織物的纖維含量[J].上海紡織科技，2013（5）：45-48.