文/黃宗雄

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，綠色、健康、安全的羽絨制品正受到越來越多消費(fèi)者的重視。近幾年羽絨服正在逐漸成為時(shí)尚新熱點(diǎn)，羽絨制品也逐漸成為冬季消費(fèi)市場(chǎng)的主力軍。因此，羽絨原料的各項(xiàng)理化性能測(cè)試對(duì)于保障消費(fèi)者安全和權(quán)益顯得至關(guān)重要。羽絨清潔度是羽絨檢驗(yàn)項(xiàng)目中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它反映了羽絨中殘留的雜質(zhì)、灰塵以及游離物的含量[1]。清潔度不合格的羽絨及其制成品會(huì)引起哮喘和皮膚過敏，嚴(yán)重危害人體健康。在2018年南京市質(zhì)監(jiān)局組織的兒童羽絨服抽查和廣州市質(zhì)監(jiān)局組織的對(duì)羽絨服裝產(chǎn)品的監(jiān)督抽查中就發(fā)現(xiàn)了多批次的清潔度不合格項(xiàng)[2]。

加大對(duì)羽絨制品的監(jiān)督抽查和檢測(cè)力度，有利于保障羽絨制品質(zhì)量和保護(hù)消費(fèi)者的權(quán)益。通常來說，羽絨生產(chǎn)加工企業(yè)在羽絨制品生產(chǎn)過程中也會(huì)對(duì)羽絨原料進(jìn)行內(nèi)部質(zhì)量控制和洗滌，通過測(cè)定水洗后溶液的清潔度初步判斷羽絨原料是否符合生產(chǎn)加工標(biāo)準(zhǔn)以及是否需要改進(jìn)工藝流程。國(guó)內(nèi)涉及羽絨清潔度檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T 10288—2016 《羽絨羽毛檢驗(yàn)方法》[3]，CNS 13982-9—2011《羽毛及羽絨試驗(yàn)法-第9部分：懸浮濁度測(cè)試法》，中國(guó)羽絨工業(yè)協(xié)會(huì)制定的TB/T CFDIA 001—2016《羽絨分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》以及紡織協(xié)會(huì)制定的FZ/T 80001—2002《水洗羽絨羽毛試驗(yàn)方法》[4]。國(guó)際上涉及羽絨清潔度檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)有國(guó)際羽毛局2019年頒布的《IDFB測(cè)試規(guī)則》[5]、歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN1164：1999《羽絨羽毛試驗(yàn)方法-水狀提取物清潔度的確定》[6]以及日本標(biāo)準(zhǔn)JIS L1903—2017《羽絨羽毛檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[7]，有關(guān)羽絨產(chǎn)品檢測(cè)的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之間的詳細(xì)對(duì)比情況可參考之前的文獻(xiàn)[8]。國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)試羽絨清潔度普遍采用的都是透明度計(jì)目視法，在《IDFB測(cè)試規(guī)則》中有提到采用濁度計(jì)測(cè)試的方法。

2 羽絨清潔度檢測(cè)方法簡(jiǎn)介

早在上世紀(jì)40年代，美國(guó)紐約州立實(shí)驗(yàn)室就開展了羽絨羽毛清潔度的相關(guān)研究和測(cè)試[9]。根據(jù)《紐約州床上用品法》的規(guī)定和規(guī)則[10]，用于枕頭、床罩、墊子以及床上用品和家具的羽絨羽毛在被出售之前必須經(jīng)過正確清洗以保證清潔度滿足要求。羽絨原料在清洗前后測(cè)試的項(xiàng)目主要有游離氨和混合氨、耗氧量、氯化物。在最初的清潔度測(cè)試中，清潔度包含的內(nèi)容比現(xiàn)在清潔度測(cè)試（水洗清潔度）要更加豐富。除了以上物質(zhì)外，羽絨羽毛中的灰塵量也是評(píng)估羽絨和羽毛質(zhì)量的重要指標(biāo)[11]。羽絨和羽毛中粉塵根據(jù)溶解度分為水溶性粉塵和飄浮粉塵，通過在水洗溶液中加入表面活性劑等添加劑物質(zhì)可將羽絨羽毛中的部分灰塵去除。與此同時(shí)，羽絨中的殘脂率以及微生物含量也是羽絨衛(wèi)生和清潔度所要考察的重要指標(biāo)。早在 1981 年意大利就要求對(duì)羽絨制品進(jìn)行微生物檢測(cè)，2001 年歐盟率先發(fā)布了《羽毛羽絨衛(wèi)生和清潔度要求》并提出了微生物指標(biāo)要求[12]。

不同文獻(xiàn)中羽絨清潔度的含義有很大的區(qū)別，本文接下來要講的清潔度專指根據(jù)國(guó)際羽絨協(xié)會(huì)推薦的通過洗滌羽絨后測(cè)試水洗溶液濁度（透明度）的水洗清潔度。羽絨清潔度檢驗(yàn)主要有以下4種方法：透明度計(jì)目視檢測(cè)法、濁度測(cè)試法、光敏電阻法和分光光度計(jì)法。透明度計(jì)目視檢測(cè)法和濁度測(cè)試法已經(jīng)被用于羽絨檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中，而光敏電阻測(cè)試電壓法和分光光度計(jì)法目前還未見相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)道。

2.1 透明度計(jì)目視檢測(cè)法

透明度計(jì)目視檢測(cè)法是羽絨清潔度檢驗(yàn)中用得最多的方法。該方法測(cè)試過程如下：將制備好的羽絨水洗溶液倒入透明度計(jì)容器中使得容器中水位慢慢升高，從圓筒頂部向下觀察透明度計(jì)底部的十字線，直至其消失。再控制透明度計(jì)底部出水軟管緩慢放出樣液，直至看清黑色十字線為止并記錄此時(shí)液面在圓筒上的刻度，該刻度數(shù)值（單位為mm）即為該樣品的清潔度。該方法檢驗(yàn)時(shí)，檢驗(yàn)人員需要對(duì)透明度計(jì)底部十字線進(jìn)行觀察，因此周圍光照環(huán)境以及人眼的狀態(tài)會(huì)直接導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果的偏差，影響檢測(cè)的準(zhǔn)確性。為了提高測(cè)試的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性，讓透明度計(jì)在周圍保持穩(wěn)定的光線環(huán)境下測(cè)試是很有必要的。圖1是光補(bǔ)償羽絨清潔度測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)示意圖，通過調(diào)節(jié)光源亮度使得每次測(cè)試的外界光源條件都保持一致，從而降低因環(huán)境光線變化而導(dǎo)致的檢測(cè)數(shù)據(jù)偏差。此外，由于透明度計(jì)的高度較高，而托盤較小，使得透明度計(jì)穩(wěn)定性較差，使用過程中很容易發(fā)生傾倒甚至摔碎。因此，人們開發(fā)了不易傾倒的透明度計(jì)[13]。

圖1 光補(bǔ)償羽絨清潔度測(cè)試儀示意圖[14]

2.2 濁度測(cè)試法

濁度，又稱渾濁度，是用來表示懸浮顆粒存在時(shí)溶液的透明程度。水中懸浮顆粒越多、溶液越模糊，濁度越高。濁度計(jì)可分為散射光型濁度計(jì)和透射光型濁度計(jì)，和透射光相比，散射光具有更高的靈敏度，溶液中微小的濁度變化都能被探測(cè)到。散射型濁度儀在使用過程中需用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)去校正，當(dāng)使用福爾馬肼校正時(shí)，1mg/mL的福爾馬肼懸浮溶液所構(gòu)成的濁度稱為一個(gè)散射濁度單位，單位為 NTU。當(dāng)光線的波長(zhǎng)和粒子大小接近時(shí)，光和粒子之間主要發(fā)生散射作用，在某一方向上的散射光的光強(qiáng)如公式（1）[15]所示：

其中，I0為入射光強(qiáng)度；N為顆粒數(shù)目；θ為入射光和散射光角度，是顆粒的體積；r為吸收系數(shù)；λ是入射光波長(zhǎng)。如果固定方向（如θ 等于90?）和距離，散射光強(qiáng)如公式（2）所示[15]：

其中，A表示微粒的表面積，KM表示散射參數(shù)，N表示微粒數(shù)量，I0表示入射光強(qiáng)，在表面積和光強(qiáng)一定的情況下，散射光和顆粒數(shù)量正相關(guān)。以上就是散射型濁度計(jì)的測(cè)試原理。

濁度測(cè)試法是國(guó)際羽絨羽毛局在2019版《IDFB測(cè)試規(guī)則》中推薦用來測(cè)定清潔度的。通過自動(dòng)濁度測(cè)試儀來完成濁度的測(cè)試，圖2A是美國(guó)雷曼Lamotte濁度儀實(shí)物圖。測(cè)試過程如下：將制備好的樣液（約10 mL）裝入特定的測(cè)試瓶并放入濁度測(cè)試儀中，點(diǎn)擊測(cè)試按鈕儀器自動(dòng)測(cè)試并給出NTU數(shù)值。

圖2 濁度計(jì)實(shí)物圖（A）和不同濁度范圍的線性度（B）[15]

2.3 光敏電阻法

光敏電阻法測(cè)量原理如下：光源發(fā)出強(qiáng)度相同的光束，在經(jīng)過裝有不同清潔度（透明度）溶液的測(cè)量導(dǎo)管后被光敏電阻接收，光敏電阻感受光信號(hào)后由于電阻變化使得光敏電阻兩端的電壓值發(fā)生改變，根據(jù)電壓值和透明度計(jì)目視檢測(cè)法測(cè)定得到的清潔度數(shù)值建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系[16]。后續(xù)清潔度測(cè)試只需要在之前的測(cè)試條件下測(cè)定光敏電阻兩端的電壓值并查詢之前建立的電壓—清潔度關(guān)系表就可快速獲得當(dāng)前的羽絨清潔度。圖3是一種基于光敏電阻的羽絨清潔度快速檢測(cè)方法示意圖，通過PLC能夠自動(dòng)判斷測(cè)量導(dǎo)管中水洗溶液的清潔度是否達(dá)到要求并自動(dòng)調(diào)節(jié)羽絨清洗機(jī)清洗的次數(shù)，可實(shí)現(xiàn)清洗次數(shù)的自動(dòng)優(yōu)化。在羽絨制品生產(chǎn)加工企業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景。

圖3 光敏電阻法測(cè)定清潔度示意圖[17]

2.4 分光光度計(jì)法

分光光度計(jì)法通過測(cè)定被測(cè)物在特定波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸光度對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性定量分析。該方法具有快速簡(jiǎn)單、操作方便、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，是光譜分析中最常用的方法之一。分光光度計(jì)儀器示意圖如圖4A所示，將該方法引入到羽絨清潔度的測(cè)定，其依據(jù)的原理如下：不同清潔度的羽絨水洗溶液對(duì)光的吸收是不一樣的，將不同清潔度的羽絨水洗溶液和吸光度數(shù)值建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型并模擬出相應(yīng)的曲線關(guān)系。后續(xù)只需在之前的測(cè)試條件下測(cè)定羽絨水洗溶液的吸光度數(shù)值就可直接換算得到清潔度數(shù)據(jù)[18]。

圖4 分光光度計(jì)實(shí)物圖（A）和傳統(tǒng)分光光度計(jì)法示意圖（B）[19]

3 羽絨清潔度檢測(cè)方法分析對(duì)比

目前，在檢測(cè)機(jī)構(gòu)和羽絨生產(chǎn)企業(yè)中運(yùn)用最多的清潔度測(cè)試方法是透明度計(jì)目視檢測(cè)法，其檢測(cè)結(jié)果顯示的是高度值，與國(guó)際上羽絨清潔度檢測(cè)結(jié)果高度值是接軌的。濁度計(jì)法具有快速高效、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，其測(cè)試結(jié)果表示為XX.xx NTU（濁度單位）。光敏電阻法和分光光度計(jì)法已經(jīng)在有些企業(yè)被用于羽絨生產(chǎn)過程中清潔度的快速檢驗(yàn)和質(zhì)量控制?，F(xiàn)對(duì)以上4種方法進(jìn)行分析對(duì)比。

目前，國(guó)內(nèi)羽絨制品清潔度的檢測(cè)大部分使用透明度計(jì)目測(cè)測(cè)量。該方法是國(guó)際上通用的方法，不僅操作簡(jiǎn)單，而且能直觀反映水洗溶液的清潔程度。然而，該方法也有一定的局限性，由于采用人的感官判斷，周圍光照強(qiáng)度、觀察距離以及檢測(cè)員的視力都會(huì)影響結(jié)果的重現(xiàn)性。此外，玻璃管的精度較低，尤其是在羽絨水洗清潔度合格線附近位置，肉眼難以精確判斷其數(shù)值。在企業(yè)生產(chǎn)過程中需要快速檢測(cè)的方法，透明度計(jì)目視檢測(cè)方法速度慢，大大影響了羽絨的生產(chǎn)和加工效率。洗脫過程是羽絨初加工中極其重要的一環(huán)，該過程通過清洗機(jī)器配合清洗劑來除去羽絨中的油脂、灰塵以及其他雜質(zhì)，然而該過程包含了多次循環(huán)清洗步驟，工作人員往往是根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)來預(yù)先設(shè)置洗脫次數(shù)，因而常常出現(xiàn)清洗次數(shù)過多或過少的情況。因此，為了能夠在洗脫過程中就能了解羽絨的清潔度，在洗脫過程中通過光敏電阻法對(duì)羽絨清洗液的清潔度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并反饋給控制器，從而實(shí)現(xiàn)洗脫過程的自動(dòng)化調(diào)節(jié)清洗次數(shù)的清洗裝置應(yīng)運(yùn)而生[20]。

基于光敏電阻的羽絨清潔度測(cè)試方法可以很方便地將檢測(cè)儀器集成到清洗裝置中，從而實(shí)現(xiàn)邊清洗邊給出清潔度測(cè)試報(bào)告，基于分光光度計(jì)的方法由于其需要在避光非振動(dòng)的條件下測(cè)試，目前還未看到分光光度計(jì)用于羽絨清洗過程中實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)清潔度的相關(guān)報(bào)道。然而，分光光度計(jì)法也有其自身的優(yōu)勢(shì)：該方法測(cè)定的是透射光的光強(qiáng)，把吸收光和散射光的影響都考慮了進(jìn)去，在比色皿光程比較長(zhǎng)的情況下，測(cè)定得到的數(shù)值具有良好的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性[21-22]。散射光濁度計(jì)測(cè)定方法在濁度小于200 NTU時(shí)，散射光和濁度成良好的線性（如圖2B所示），但是在高濁度情況（光在粒子間會(huì)發(fā)生多次散射）下，散射光強(qiáng)度和濁度關(guān)系變成非線性，當(dāng)濁度進(jìn)一步變大后，散射光強(qiáng)反而變小，測(cè)量不準(zhǔn)確。

4 羽絨清潔度檢測(cè)方法展望

透明度計(jì)目視檢測(cè)法是羽絨清潔度檢驗(yàn)最常用的方法。雖然人們?cè)O(shè)計(jì)了光補(bǔ)償型羽絨清潔度測(cè)試儀通過調(diào)節(jié)光源亮度使得每次測(cè)試的外界光源條件都保持一致，降低了因環(huán)境光線變化而導(dǎo)致的檢測(cè)數(shù)據(jù)偏差。然而，目視檢測(cè)法受限于檢測(cè)人員的觀察距離、視力、經(jīng)驗(yàn)?zāi)酥翜y(cè)試當(dāng)天的精神狀態(tài)，造成測(cè)試結(jié)果的重現(xiàn)性較差。濁度法、光敏電阻法和分光光度法雖然采用儀器測(cè)試避免了人為因素影響，但是其校準(zhǔn)建模過程采用的數(shù)據(jù)依舊是目視檢測(cè)法測(cè)定得到的數(shù)據(jù)，因此，這幾種方法依舊不能保證測(cè)試的準(zhǔn)確性。

為了進(jìn)一步提高測(cè)試的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，可以開發(fā)新的方法如視覺識(shí)別技術(shù)來取代人眼測(cè)試法。在此基礎(chǔ)上，濁度法、光敏電阻法以及分光光度法的校準(zhǔn)和建模數(shù)據(jù)都更加可靠。與此同時(shí)，可加大對(duì)羽絨清潔度在線檢測(cè)儀器的開發(fā)力度。高靈敏度、高重現(xiàn)性、快速準(zhǔn)確的羽絨清潔度自動(dòng)化檢測(cè)裝置不僅有利于供應(yīng)商和廠家對(duì)羽絨的品質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量把控，還可以提高檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)羽絨的檢測(cè)水平，從而確保市場(chǎng)上羽絨制品的品質(zhì)，為提高我國(guó)羽絨產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，樹立中國(guó)羽絨產(chǎn)品的綠色安全良好品牌奠定基礎(chǔ)。

除了儀器和方法的開發(fā)外，科技工作者還可以通過行業(yè)協(xié)會(huì)、校企合作、企業(yè)聯(lián)盟等方式制定高水平高要求的標(biāo)準(zhǔn)，提升產(chǎn)品質(zhì)量。此外，還需加大國(guó)內(nèi)羽絨標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)標(biāo)研究并積極參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定，促使我國(guó)羽絨制品產(chǎn)業(yè)朝著綠色、安全、健康的良性可持續(xù)發(fā)展方向發(fā)展。