李 帥，買合布熱提古麗·艾尼瓦爾, 劉 瑞，賈麗霞，賈 冬

(1. 新疆大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830046; 2. 新疆維吾爾自治區(qū)纖維檢驗局，新疆 烏魯木齊 830026)

1 引 言

棉糖是指棉花含有的可溶性糖分總量，其中包括自身含有的生化性糖(內(nèi)糖)和附在纖維表面的外源物質(zhì)糖類(外糖)。棉糖的種類與數(shù)量雖然不是棉花強制檢測項目，但由于在一定程度上影響棉花公檢質(zhì)量與紡紗性能等問題，早已受到棉花種植以及紡織生產(chǎn)部門的重視[1]。目前，國內(nèi)外已有多套有關(guān)棉花纖維含糖雜質(zhì)的定性或定量檢測方法，但方便快捷、準確穩(wěn)定、容易實現(xiàn)的儀器檢驗方法相對匱乏[2～4]。針對目前國內(nèi)常用的色卡比色法(SN/T 0311.2—2010)[5]以及分光定量法(GB/T 13785—2008)，本文擬采用紡織印染業(yè)常用的色度儀，旨在建立數(shù)字化的棉糖比色卡，以及多個色度參數(shù)與標準D果糖的對應(yīng)關(guān)系，并探討這種棉糖的色度分級法(chromatic grading testing method，CGTM)以及色度定量法(chromatic quantitative testing method，CQTM)的可行性[6]。

2 實驗方法

2.1 CGTM

參照SN/T 0311.2—2010《進出口棉纖維含糖量檢驗方法 第2部分:色卡比色法》中棉樣準備、顯色液選擇、分級方法等[5];CGTM與色卡比色法的差別是：評定等級依據(jù)不是標準比色卡，而是色度儀測定的混合糖標準溶液顯色液(D果糖與葡萄糖混配)或棉樣顯色液的色度參數(shù)。除脂肪酸烷醇酰胺為工業(yè)級外，其他試劑均為化學(xué)純。

2.2 CQTM

參照GB/T 16258—2008《棉纖維含糖試驗方法 定量法》中原棉回潮率、空白溶液與D果糖標準溶液配置、棉樣溶液的提取、試樣含糖率的計算等[7]；CQTM與定量法的差別是：定量依據(jù)不是分光光度計在425 nm處測定的吸光度A，而是色度儀測定的空白溶液、D果糖標準溶液、棉樣溶液的色度參數(shù)。

2.3 色度參數(shù)的測定

根據(jù)GB 8424.1—2001《紡織品顏色和色差的測定方法》，在測色配色儀UltraScan PRO(美國Hunter Lab公司)上測定空白溶液、D果糖標準溶液、混合糖標準溶液顯色液的色度參數(shù)，包括顏色三刺激值：X、Y與Z；色品坐標：a*與b*；顏色屬性：飽和度C*、明度L*、色相角h*；以及透射率T、色差dE*、染色深度K/S值等[8]。

2.4 數(shù)據(jù)處理與分析。

采用SPSS(Statistical Product and Service Solutions)21.0軟件以及Origin8.0軟件進行色度參數(shù)的處理與分析[9,10]。

3 結(jié)果與討論

3.1 CGTM

3.1.1 色相角與標準含糖量關(guān)系

圖1 色相角h*與混合糖量質(zhì)量濃度的關(guān)系Fig.1 Relationship between h* and mixed sugar content

色卡比色法利用棉糖或水解棉糖所具有的還原性，會使顯色劑溶液中的Cu2+還原成Cu+，生成絡(luò)合物與氧化亞銅沉淀。圖1為以混合糖標準溶液顯色液的糖質(zhì)量濃度C為橫坐標，以色相角h*為縱坐標繪制的關(guān)系圖。由圖1可以看出：隨著混合糖質(zhì)量濃度的增加，色相角h*逐步從第三象限變?yōu)榈谝幌笙?，說明混合糖標準溶液顯色液的色相發(fā)生了變化。

3.1.2 色品坐標與標準含糖量關(guān)系

圖2為一定質(zhì)量濃度的混合糖標準溶液的色品坐標a*-b*圖，相應(yīng)的色品坐標的擬合和方差分析結(jié)果見表1、表2?？梢钥闯觯弘S著混合糖質(zhì)量濃度的增加，色品坐標a*與b*的關(guān)系呈現(xiàn)一定的規(guī)律，坐標a*<0，b*與a*基本呈線性關(guān)系，R2為0.996 73，方差分析結(jié)果顯示擬合效果顯著；隨著b*的增加，其與a*的線性關(guān)系很差，R2僅為0.038 75，方差分析結(jié)果顯示擬合效果不顯著[11，12]。綜合考慮，本文選取色相角h*、色品坐標a*與b*對定性比色方法進行數(shù)字化描述。

圖2 混合糖標準顯色液的色品坐標Fig.2 Chromaticity coordinates of the standard color solution with mixed sugar

3.1.3 CGTM評級標準的確定

綜合考慮，確定用色度法比色評級的依據(jù)見表3，即在糖質(zhì)量濃度小于0.200 mg/mL時，與SN/T 0311.2—2010相比，一是可用a*、b*與h*等色度參數(shù)對定性顏色(藍～橙紅)進行數(shù)字化描述;二是可取消比色樣卡的使用;三是可根據(jù)測定的含糖量對應(yīng)出相應(yīng)的定性等級。在實際應(yīng)用中，可平行評定3～5個棉樣，然后按平均級數(shù)進行描述。

3.2 CQTM

3.2.1 色度法換算吸光度擬合

針對2個批次D果糖標準溶液，圖3(a)是按照GB/T 16258—2008繪制的標準工作曲線；圖3(b)是通過色度儀測定的相應(yīng)顯色液的透過率，換算成吸光度A′所做的線性擬合方程?？梢钥闯觯号c分光光度法相比，色度法的吸光度也與含糖量成線性關(guān)系；但在擬合方程的數(shù)據(jù)分析顯示斜率、截距與相關(guān)系數(shù)均有偏差，而且不同批次測定波動也較大，同批次的誤差略小，不同批次的差異相對更大。因此，為減少誤差，本文放棄間接換算A′等參數(shù)。

表1 色品坐標a*,b*的擬合結(jié)果Tab.1 Fitting results of chromatic coordinates a*, b*

表2 方差分析結(jié)果Tab.2 The results of analysis of variance

表3 CGTM評級標準Tab.3 Colorimetric grating standard on CGTM

圖3 色度法換算吸光度擬合結(jié)果Fig.3 The linear fitting results of colorimetric conversion of absorbance

3.2.2 其它色度參數(shù)擬合

圖4～圖6分別為K/S、L*、C*和色差dE*的線性擬合結(jié)果。由圖看出具有與圖2或圖3同樣的規(guī)律：相應(yīng)的色度參數(shù)與一定濃度范圍內(nèi)的含糖量呈線性關(guān)系；單一色度參數(shù)的線性擬合有波動，會對擬合結(jié)果產(chǎn)生影響。經(jīng)判斷，能夠與含糖量呈良好線性關(guān)系的色度參數(shù)包括K/S、L*、C*、dE*。

3.2.3 空白溶液對擬合的影響

選擇線性擬合程度相對較弱的黃度b*，了解空白溶液對其色度參數(shù)數(shù)值的影響以及對擬合方程的影響，見圖7。由圖7可以看出：無論是直接測量還是扣除空白，同批次線性擬合方程的斜率相同，差別在于截距有差異。因此，在進行色度法檢驗棉糖含量的研究中，也要充分考慮空白溶液對色度參數(shù)的影響，但在進行快速檢驗時，可略去空白溶液的影響。

圖4 色深值K/S的線性擬合結(jié)果Fig.4 The linear fitting results of K/S value

圖5 明度L*的線性擬合結(jié)果Fig.5 The linear fitting results of lightness L*

圖6 飽和度C*與色差dE*的線性擬合結(jié)果Fig.6 The linear fitting results of C* and dE*

圖7 黃度b*的線性擬合結(jié)果Fig.7 The linear fitting results of yellowness b*

3.3 棉花樣本檢驗實證

3.3.1 CGTM的實證

表4為根據(jù)表3判定棉樣的分級結(jié)果，根據(jù)表4的測定結(jié)果，對比表3色度法比色評定標準， 綜合評定3個棉樣等級為1.3級，相當(dāng)于含糖量小于0.10 mg/mL或小于0.50%。在后繼的研究中還需要通過大量的棉樣重復(fù)驗證以及標準的修訂以增加比色方法的適用性。

3.3.2 CQTM的實證

表5是3個平行棉樣通過色度參數(shù)描述的含糖量，包括A′、L*、C*、b*、K/S、dE*等，其中A′是通過色度儀測定的透射率T進行換算的吸光度。通過比較可知：雖然色度參數(shù)可以用以評價棉糖含量，但同批次不同色度參數(shù)的擬合數(shù)據(jù)存在較大的波動。此外通過誤差方差等同性的Levene檢驗，由于顯著性檢驗的Sig[顯著性(單側(cè))]值小于0.10，所以在0.01的顯著水平上，認為5種擬合方法的方差對含糖率有顯著性的差異；通過主體間效應(yīng)檢驗的Sig值，認為擬合方法、含糖濃度、擬合方法與含糖質(zhì)量濃度的交互作用，對棉花含糖率的影響都是顯著的。

表4 根據(jù)表3判定棉樣的分級結(jié)果Tab.4 Results of grading of cotton samples according to table 3

4 結(jié) 論

(1) CGTM能夠通過色度儀將標準SN/T 0311.2—2010中的含糖1～5級的藍色、綠色、草綠、土黃、橙紅用色度參數(shù)(a*，b*，h*)進行描述，并建立起含糖等級1～5與色度參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，可以實現(xiàn)基于色度參數(shù)的數(shù)字比色與分級，為棉糖的數(shù)字化的描述、比對與傳輸提供了可能。

(2) CQTM能通過色度儀測定標準GB/T 16258—2008中的3,5-二羥基甲苯-硫酸標準顯色液色度參數(shù)，并用A′，L*，C*，b*，K/S，dE*等色度參數(shù)表征棉花含糖量，可以實現(xiàn)基于色度參數(shù)的棉糖定量檢驗；但與分光定量法類似，同樣存在不同色度參數(shù)與標準糖溶液的線性擬合波動性大或一致性差等問題，在今后的研究中需要加以改進。

表5 色度法擬合的棉糖含量Tab.5 The content of cotton sugar by chromatic method