王曉晴等

摘要：

采用傅立葉衰減全反射紅外光譜技術(shù)（FTIR-ATR）對新型功能性纖維——海藻纖維進(jìn)行紅外光譜掃描，比對了散纖維和無紡布兩種外觀形態(tài)下的海藻纖維紅外光譜圖，并根據(jù)其分子結(jié)構(gòu)深入探討分析了譜圖中各特征峰歸屬。試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種纖維形態(tài)的海藻纖維化學(xué)本質(zhì)相同；FTIR-ATR技術(shù)可以有效鑒別海藻纖維，該分析方法具有結(jié)果可靠、操作簡便、快速等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：海藻纖維；傅立葉衰減全反射紅外光譜；鑒別分析

海藻纖維是以海藻植物（如海帶、海草）中分離出的海藻酸為原料制成的一種新型生物可降解纖維，因其具有良好的生物相容性、可降解吸收性、高透氧性、阻燃性等特殊功能[1]，已在紡織領(lǐng)域[2]和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[3]得到了廣泛的關(guān)注，有著強(qiáng)大的市場前景和發(fā)展實(shí)力。但目前國內(nèi)外對海藻纖維的各方面研究尚處于起步階段，尤其對其化學(xué)性能方面的研究更是鮮見報道[4]，因此與海藻纖維相關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)尚處于空缺狀態(tài)，這與其快速發(fā)展極其不相匹配。紅外光譜法是一種根據(jù)分子內(nèi)部原子間的相對振動和分子轉(zhuǎn)動等信息來鑒別化合物的分析方法，它在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用主要是紡織品的定性[5-6]。本文所采用的傅立葉紅外光譜儀配有鍺晶體的衰減全反射ATR附件和OMNI采樣器[7]，這種采樣器用一個球形的極為堅(jiān)固的鍺晶體作為采樣表面，對樣品提供點(diǎn)對點(diǎn)接觸，實(shí)現(xiàn)了對不可破壞的、表面的以及難以處理的微量樣品進(jìn)行直接測定。已有研究[8-9]表明，傅立葉衰減全反射紅外光譜技術(shù)（FTIR-ATR）因樣品無需前處理，直接放在ATR附件上進(jìn)行測定，成為一種紡織纖維樣品無損鑒定和快速的檢測方法。本文采用該技術(shù)對海藻纖維進(jìn)行分析檢測，并通過對譜圖進(jìn)行深入解析，確定相應(yīng)特征峰，從而建立海藻纖維的傅立葉衰減全反射紅外光譜鑒別分析方法，為今后建立海藻纖維相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)提供一定的技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)材料：海藻纖維（散纖維形態(tài)，無紡布形態(tài)，均為浙江越隆控股集團(tuán)有限公司提供）。

試驗(yàn)儀器：Nicolet 6700傅立葉紅外光譜儀（配有鍺晶體ATR附件和OMNI采樣器，美國熱

電尼高力公司）。

儀器試驗(yàn)條件：儀器分辨率為4 cm-1，掃描范圍為650 cm-1～4000 cm-1，掃描次數(shù)為32次。試驗(yàn)采用空氣為參比，在室溫下進(jìn)行光譜采集。

1.2 試驗(yàn)方法

將散纖維形態(tài)的海藻纖維和無紡布形態(tài)的海藻纖維分別用FTIR-ATR法進(jìn)行光譜掃描，采用空氣為參比背景譜圖，扣除背景譜圖之后，得到最終的海藻纖維FTIR-ATR光譜圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品形態(tài)對譜圖的影響

圖1中的兩條譜線分別為散纖維形態(tài)和無紡布形態(tài)的海藻纖維的紅外光譜圖。如圖1所示，形態(tài)不同的海藻纖維樣品，采集得到的特征吸收峰位置和強(qiáng)度基本一致。這說明了海藻纖維在從散纖維制成無紡布纖維時，沒有發(fā)生化學(xué)本質(zhì)變化，而只是外觀形態(tài)有所改變。

2.2 海藻纖維紅外光譜圖解析

海藻纖維的原材料來自于天然海藻中所提取的海藻多糖，已有研究表明，海藻酸為多糖類大分子聚合物，由β- D-甘露糖醛酸（M單元）和α- L-古羅糖醛酸（G單元）兩種組分構(gòu)成，M和G是一對異構(gòu)體，如圖2所示。這兩個組分按不規(guī)則的排列順序分布于分子鏈中，形成無規(guī)嵌段共聚物[10]。

通過Nicolet 6700傅立葉紅外光譜儀（配有鍺晶體ATR附件和OMNI采樣器）對海藻纖維進(jìn)行650 cm-1～4000 cm-1波段范圍內(nèi)的光譜掃描，扣除空白背景，得到最終的海藻纖維紅外光譜圖如圖3所示。

譜圖中的出峰位置和強(qiáng)度由海藻纖維化學(xué)基團(tuán)振動時能級變化的大小決定。觀察圖3中海藻纖維譜圖中吸收峰的位置和強(qiáng)度，并結(jié)合海藻纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)，得到以下譜圖解析結(jié)果。3300cm-1左右出現(xiàn)的寬峰為O—H的伸縮振動；2900cm-1左右出現(xiàn)較為微弱的峰為C—H基的伸縮振動，該峰容易被3300cm-1處寬峰所覆蓋，不宜作為鑒別海藻纖維的特征峰；1400cm-1附近出現(xiàn)的一組峰為O—H面內(nèi)振動引起的；810cm-1～720cm-1和1250cm-1～720cm-1處的一系列小峰為C—H的變形振動和C—C環(huán)骨架振動，該兩組小峰互覆蓋和干擾，特征性較差，實(shí)用鑒別價值不明顯；1200cm-1～1000cm-1處的較強(qiáng)吸收峰為C—O—C的不對稱伸縮振動引起的。此外，從圖2的結(jié)構(gòu)式中看到，海藻纖維大分子鏈中存在羧酸根—COO-，它是一個多電子的共軛體系，會在兩個地方出現(xiàn)強(qiáng)吸收：不對稱伸縮振動出現(xiàn)在1610cm-1～1560cm-1，即圖3中1593cm-1處尖峰；對稱伸縮振動出現(xiàn)在1440cm-1～1360cm-1，強(qiáng)度弱于不對稱伸縮振動，并且覆蓋了部分O—H面內(nèi)振動引起的小峰。綜上所述，3300 cm-1左右出現(xiàn)的寬峰、1200 cm-1～1000 cm-1處的較強(qiáng)吸收峰、1610 cm-1～1560cm-1和1440 cm-1～1360cm-1之間的強(qiáng)吸收尖峰可以一同構(gòu)成鑒別海藻纖維的特征峰。

3 結(jié)論

1）海藻纖維的散纖維形態(tài)和無紡布形態(tài)在相同條件下的紅外光譜圖基本一致，兩者之間僅是外觀形態(tài)不同，化學(xué)本質(zhì)一致。

2）采用傅立葉衰減全反射紅外光譜技術(shù)（FTIR-ATR）對新型功能性纖維——海藻纖維進(jìn)行光譜掃描，可以得到清晰的海藻纖維紅外光譜圖。經(jīng)過對譜圖的深入解析，結(jié)合海藻纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)，明確了各特征吸收峰的官能團(tuán)歸屬。應(yīng)用FTIR-ATR技術(shù)可以準(zhǔn)確、簡便、快速、有效地對海藻纖維進(jìn)行分析和表征，在海藻纖維的鑒別分析研究中有很好的使用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]張玉海.海藻纖維在紡織領(lǐng)域的研究進(jìn)展[J].濟(jì)南紡織服裝， 2013， 42（3）：35-37.

[2]馮燕，孫潤軍，劉呈坤.電紡海藻纖維的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J].紡織科技進(jìn)展， 2011，（5）：6-9.

[3] 孫炳軍，張玉海，陳鵬.海藻纖維的發(fā)展及其應(yīng)用[J].中國纖檢， 2013，（5）：76-79.

[4]寧霞， 王洪， 張鑫，等.海藻纖維定性定量分析方法研究[J].中國纖檢， 2012，（3）：64-66.

[5]韓非，楊瑜榕，劉貴，等.紅外光譜在纖維定性定量分析中的應(yīng)用[J].中國纖檢， 2012，（10）：55-59.

[6] 盧鴦，姜磊，鄔文文，等.基于衰減全反射法的紡織纖維紅外光譜庫的建立與應(yīng)用[J]. 中國纖檢， 2013，（1）：71-73.

[7] 諸培奮，高劍英， 蘇克曼. 防紫外線傘ATR-OMNI采樣器的FTIR分析[J]. 光譜實(shí)驗(yàn)室， 2002，19（2）：198-200.

[8] 王建濱， 劉世玲， 任曉慧.傅立葉紅外光譜及附件技術(shù)在檢驗(yàn)纖維中的應(yīng)用[J].中國纖檢， 2011，（9）：59-61.

[9] 吳佩云. 新型纖維的FTIR-ATR快速定性分析[J]. 毛紡科技， 2010，38（2）：48-53.

[10] 吳謙，王棟，孫瑾.醫(yī)用海藻纖維研究現(xiàn)狀[J].四川化工， 2013，16（6）：19-21.

（作者單位：浙江省紡織測試研究院）