文/夏增勇 李勝昌 谷小輝

1 引言

紡織品纖維成分含量，是服裝產(chǎn)品的重要品質(zhì)指標(biāo)之一，是服裝上必須標(biāo)注的一項(xiàng)內(nèi)容，也是決定產(chǎn)品價(jià)值的重要因素之一。纖維成分含量檢測(cè)在紡織品檢驗(yàn)中是最基本的項(xiàng)目，而化學(xué)溶解定量分析法是纖維成分定量分析中最常用的方法之一，在我們的日常檢測(cè)過(guò)程中需要使用大量的各種濃度的酸堿及各類有機(jī)試劑。長(zhǎng)期以來(lái)，這些試劑在人工配制后裝在試劑瓶里由檢驗(yàn)員按需取用，但由于日常取用過(guò)程中試劑的用量沒(méi)有有效的度量，往往靠檢驗(yàn)人員憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)把握，易造成檢驗(yàn)試劑浪費(fèi)。當(dāng)試驗(yàn)樣品數(shù)量較多時(shí)，需要添加的試劑量也較多，如果由檢驗(yàn)員一個(gè)個(gè)手工添加，不僅工作強(qiáng)度大，操作繁瑣不便，效率低下，而且手持各類強(qiáng)酸強(qiáng)堿分液時(shí)還增大了安全事故隱患。長(zhǎng)期處于這種高強(qiáng)度的工作模式，既會(huì)影響檢驗(yàn)人員的身心健康，又存在影響檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的風(fēng)險(xiǎn)。

隨著國(guó)家市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的深入改革，各個(gè)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，高效檢測(cè)和降低能耗是我們檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)追求的目標(biāo)。同時(shí)隨著自動(dòng)化的高速發(fā)展，自動(dòng)化也可應(yīng)用于檢測(cè)項(xiàng)目中，而纖維成分含量的檢驗(yàn)作為紡織品檢驗(yàn)必檢的項(xiàng)目之一，也應(yīng)跟上時(shí)代的步伐。鑒于人工分液存在的諸多問(wèn)題，我們探索研制一種可以用于纖維成分各種試劑自動(dòng)分液裝置，實(shí)現(xiàn)各種試劑的精準(zhǔn)定量分液，從而提高檢驗(yàn)效率，杜絕試劑浪費(fèi)，降低工作強(qiáng)度和檢驗(yàn)成本。目前國(guó)內(nèi)各種自動(dòng)分液裝置已比較成熟，市面上也有類似的裝置能提供純水自動(dòng)定量分液的功能，分液精度也能滿足我們檢驗(yàn)的需求，但是由于纖維成分含量的檢測(cè)環(huán)境、分液需求和各種試劑的理化性質(zhì)，需要對(duì)儀器材質(zhì)的選擇有特殊要求，因此，我們團(tuán)隊(duì)在結(jié)合實(shí)際檢驗(yàn)工作的需求和沉淀的經(jīng)驗(yàn)，依托電腦與機(jī)械自動(dòng)化基礎(chǔ)，建立了自動(dòng)化的分液程序并研發(fā)了自動(dòng)化分液設(shè)備，實(shí)現(xiàn)化學(xué)試劑定量分液自動(dòng)化，提升效能，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)省成本。本文介紹了我們團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)滿足纖維成分含量化學(xué)溶解法定量試驗(yàn)中分液自動(dòng)化的專用設(shè)備，以GB/T 2910.11—2009 《紡織品 定量化學(xué)分析 第11部分：纖維素纖維與聚酯纖維的混合物（硫酸法）》標(biāo)準(zhǔn)中硫酸法的試驗(yàn)為例，從機(jī)械自動(dòng)化分液與人工分液的試劑用量、所需時(shí)間和結(jié)果準(zhǔn)確性方面闡述自動(dòng)化分液的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化分液方式使用方便、成本低、效率高，符合檢測(cè)行業(yè)或相關(guān)紡織服裝企業(yè)的使用需求，解決了檢測(cè)行業(yè)人工分液勞動(dòng)強(qiáng)度高、效率低的問(wèn)題，對(duì)促進(jìn)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展提供了優(yōu)質(zhì)的保障。

2 自動(dòng)化分液設(shè)備

2.1 原理

微電腦通過(guò)控制泵內(nèi)的機(jī)械裝置進(jìn)行往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，對(duì)有著固定容積的泵腔內(nèi)的空氣進(jìn)行擠壓，形成真空（負(fù)壓），在泵抽水口處與外界大氣壓產(chǎn)生壓力差，在壓力差的作用下，將液體吸入泵腔，再?gòu)呐潘谂懦觥?/p>

2.2 自動(dòng)分液設(shè)備裝置設(shè)計(jì)及樣機(jī)組成

批量分液的裝置設(shè)計(jì)，如圖1和圖2所示。各組成部分為（1）底座；（2）導(dǎo)軌滑臺(tái)；（3）支撐架；（4）升降臺(tái)；（5）分液導(dǎo)管；（6）分液泵；（7）錐形瓶托盤。分液導(dǎo)管安裝在升降臺(tái)上，且分液導(dǎo)管與導(dǎo)軌滑臺(tái)組件可分合連接，導(dǎo)軌滑臺(tái)安裝在底座上，可前后推動(dòng)。分液泵安裝在支撐架的后方，且分液泵與分液導(dǎo)管連接，受微電腦控制。

圖1 自動(dòng)分液裝置結(jié)構(gòu)圖

圖2 自動(dòng)分液設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

2.3 批量分液設(shè)備的分液方法設(shè)計(jì)

批量分液的分液方法是將24個(gè)錐形瓶放入托盤，再將托盤放在導(dǎo)軌滑臺(tái)上，啟動(dòng)升降臺(tái)，使升降臺(tái)上的24個(gè)分液導(dǎo)管與正下方導(dǎo)軌滑臺(tái)上的24個(gè)錐形瓶一一對(duì)齊，最后通過(guò)微電腦控制分液泵調(diào)節(jié)流速和時(shí)間對(duì)24個(gè)錐形瓶進(jìn)行精準(zhǔn)分液。

本設(shè)備采用的材料大致為聚丙烯。聚丙烯簡(jiǎn)稱PP，是一種無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)毒、半透明固體物質(zhì)[1]；在80℃以下能耐酸、堿、鹽液及多種有機(jī)溶劑的腐蝕，安全環(huán)保且耐用，適用于強(qiáng)酸強(qiáng)堿的試驗(yàn)環(huán)境。我司研制的自動(dòng)化分液設(shè)備中所用的分液泵無(wú)需使用不耐酸堿的隔膜，而是通過(guò)機(jī)械擠壓的方式來(lái)控制時(shí)間和流速，達(dá)到精準(zhǔn)添加試劑用量，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備損耗，節(jié)約成本。

本設(shè)備工作模式優(yōu)點(diǎn)在于：自動(dòng)分液可直接一次性給24個(gè)錐形瓶添加試劑，分液效率高，避免了人工分液操作繁瑣，給檢測(cè)人員帶來(lái)勞動(dòng)強(qiáng)度高的問(wèn)題；人工分液易對(duì)錐形瓶和分液漏斗等造成損耗，且檢測(cè)所使用的試劑大多為強(qiáng)酸強(qiáng)堿液，具有腐蝕性，人工添加試劑的過(guò)程中有試劑飛濺的安全隱患；自動(dòng)分液大大降低了分液過(guò)程中的各種損耗，節(jié)省了成本，且檢測(cè)人員在試劑添加過(guò)程中不會(huì)接觸到強(qiáng)酸強(qiáng)堿，有效避免了化學(xué)試劑飛濺腐蝕人體的情況，大大提高了試劑添加過(guò)程的安全性。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

通過(guò)對(duì)目前實(shí)際工作中的樣品數(shù)量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室75%硫酸法[2]對(duì)試樣進(jìn)行人工分液和自動(dòng)分液所得試劑量、分液時(shí)間和可操作性比較驗(yàn)證。

3.1 分液試劑用量

試劑用量決定試樣能否溶解完全，會(huì)直接影響到檢驗(yàn)結(jié)果。若采用人工分液方式進(jìn)行分液后得到的試劑量少于標(biāo)準(zhǔn)要求，則試樣溶解不干凈，導(dǎo)致檢驗(yàn)結(jié)果錯(cuò)誤；若采用人工分液方式進(jìn)行分液后得到的試劑量多于標(biāo)準(zhǔn)要求，則造成試劑不必要的浪費(fèi)。由于檢驗(yàn)員在進(jìn)行試劑分液時(shí)的操作手法和習(xí)慣各不相同，人工分液方式往往無(wú)法準(zhǔn)確添加試劑量至檢驗(yàn)所需試劑標(biāo)準(zhǔn)用量要求的100mL/g。自動(dòng)化分液設(shè)備采用吸液滴加的方式，可自動(dòng)調(diào)節(jié)液體流速和時(shí)間精準(zhǔn)添加試劑量至標(biāo)準(zhǔn)要求。

現(xiàn)根據(jù)自動(dòng)化分液設(shè)備每次可以給24個(gè)錐形瓶添加試劑的工作原理，以24個(gè)錐形瓶為單位（每個(gè)錐形瓶?jī)?nèi)放有1g試樣），通過(guò)檢驗(yàn)員人工分液和自動(dòng)化分液設(shè)備自動(dòng)分液75%硫酸試劑所得試劑量來(lái)進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 試劑分液用量表

如表1所示，采用人工分液方式對(duì)24個(gè)錐形瓶分液后各錐形瓶所得試劑量不穩(wěn)定，所得試劑總量為2.7L，比所需標(biāo)準(zhǔn)試劑總量2.4L多出0.3L，對(duì)48個(gè)錐形瓶進(jìn)行分液后所得試劑總量為5.68L，比所需標(biāo)準(zhǔn)試劑總量4.8L多出0.88L，對(duì)72個(gè)錐形瓶進(jìn)行分液后所得試劑總量為8.62L，比所需標(biāo)準(zhǔn)試劑總量7.2L多出1.22L；隨著錐形瓶數(shù)量的增多，分液操作勞動(dòng)強(qiáng)度加大，檢驗(yàn)員無(wú)法準(zhǔn)確地對(duì)錐形瓶進(jìn)行分液，通常會(huì)比檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中所需試劑用量多20mL～50mL，以此達(dá)到試樣溶解干凈的要求，而這就會(huì)造成試劑浪費(fèi)且廢液增多，回收處理困難，成本加大。采用自動(dòng)分液方式對(duì)24個(gè)錐形瓶分液后各錐形瓶所得試劑量較穩(wěn)定，所得試劑總量為2.43L，比所需標(biāo)準(zhǔn)試劑總量2.4L多出0.03L，對(duì)48個(gè)錐形瓶進(jìn)行分液后所得試劑總量為4.83L，比所需標(biāo)準(zhǔn)試劑總量4.8L多出0.03L，對(duì)72個(gè)錐形瓶進(jìn)行分液后所得試劑總量為7.26L，比所需標(biāo)準(zhǔn)試劑總量7.2L多出0.06L，自動(dòng)分液較人工分液穩(wěn)定，且節(jié)省試劑。

對(duì)比兩種分液方式分液所得試劑量可知：人工分液會(huì)造成試劑浪費(fèi)且廢液增多，回收處理困難，成本加大。以往，檢驗(yàn)員人工分液75%硫酸試劑日均消耗約為120L，而在自動(dòng)分液模式下，75%硫酸試劑日均消耗約為80L，自動(dòng)分液75%硫酸試劑較人工分液日均消耗量降低了33%以上，每年度可節(jié)省試劑成本約41萬(wàn)元，切實(shí)減少了試劑的消耗量和廢液的排放量，為檢測(cè)工作減少能源消耗，且降低了檢驗(yàn)成本。

3.2 分液效率

在檢驗(yàn)過(guò)程中效率是不可忽視的指標(biāo)，自動(dòng)化分液設(shè)備可以一次性自動(dòng)給24個(gè)錐形瓶進(jìn)行分液，過(guò)程簡(jiǎn)便，操作簡(jiǎn)單；而人工分液需要靠檢驗(yàn)員一個(gè)一個(gè)手動(dòng)對(duì)錐形瓶進(jìn)行分液，添加試劑，過(guò)程繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且人工分液有接觸到飛濺試劑的危險(xiǎn)?，F(xiàn)根據(jù)自動(dòng)化分液設(shè)備每次可以給24個(gè)錐形瓶添加試劑的工作原理，以24個(gè)錐形瓶為單位，通過(guò)檢驗(yàn)員對(duì)錐形瓶進(jìn)行人工分液和自動(dòng)化分液設(shè)備自動(dòng)分液75%硫酸試劑所需時(shí)間來(lái)進(jìn)行對(duì)比，得到兩種分液方式分液耗時(shí)如表2所示。

表2 試劑分液耗時(shí)表

從表2可以看出人工給24個(gè)錐形瓶分液所需時(shí)間為72s，自動(dòng)化分液設(shè)備給24個(gè)錐形瓶分液所需時(shí)間為40s，人工分液比自動(dòng)分液慢32s；人工給48個(gè)錐形瓶分液所需時(shí)間為150s，自動(dòng)化分液設(shè)備給48個(gè)錐形瓶分液所需時(shí)間為80s，人工分液比自動(dòng)分液慢70s；人工給72個(gè)錐形瓶分液所需時(shí)間為234s，自動(dòng)化分液設(shè)備給72個(gè)錐形瓶分液所需時(shí)間為120s，人工分液比自動(dòng)分液慢114s；人工給96個(gè)錐形瓶分液所需時(shí)間為300s，自動(dòng)化分液設(shè)備給96個(gè)錐形瓶分液所需時(shí)間為160s，人工分液比自動(dòng)分液慢140s。

對(duì)比兩種分液方式分液給錐形瓶分液所需時(shí)長(zhǎng)可知：分液過(guò)程中，自動(dòng)化分液設(shè)備一次性給24個(gè)錐形瓶分液比人工逐個(gè)給錐形瓶分液節(jié)省時(shí)間，隨著錐形瓶分液數(shù)量的增多，分液勞動(dòng)強(qiáng)度加大，人工分液耗時(shí)比自動(dòng)分液耗時(shí)越來(lái)越長(zhǎng)，分液效率低下；而自動(dòng)分液操作簡(jiǎn)單，大大降低檢驗(yàn)員的勞動(dòng)強(qiáng)度，有利于提高檢測(cè)員的積極性，分液效率高，且有效避免了人工分液過(guò)程中試劑飛濺的情況，安全便捷，自動(dòng)化分液設(shè)備完全適用于當(dāng)前大批量檢驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目的需求。

3.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

通過(guò)上述兩個(gè)試驗(yàn)對(duì)比可知，自動(dòng)化分液設(shè)備分液較人工分液節(jié)省試劑且效率高。為了驗(yàn)證本自動(dòng)化分液設(shè)備的可操作性，通過(guò)使用人工分液方式和自動(dòng)分液方式分液后的75%硫酸試劑對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行75%硫酸溶解測(cè)試，對(duì)比兩種分液方式采用75%硫酸法溶解試樣后的纖維成分含量定量結(jié)果進(jìn)行比較，試驗(yàn)纖維成分含量測(cè)試結(jié)果見表3。

因樣品溶解過(guò)程中纖維有不同損傷等因素導(dǎo)致兩種分液方法得到的含量有一點(diǎn)差異，但通過(guò)表3可以看出，試驗(yàn)驗(yàn)證兩種分液方法差值均在1.0%內(nèi)，可見自主研制的自動(dòng)化分液設(shè)備與人工分液得到的纖維含量差異小，結(jié)果穩(wěn)定；符合GB/T 2910.11等標(biāo)準(zhǔn)的精密度要求，也符合了GB/T 29862中對(duì)纖維含量允差的要求。由此說(shuō)明在溶解定量過(guò)程中，特別是常規(guī)的溶解試驗(yàn)中可采用自動(dòng)化分液設(shè)備進(jìn)行試劑分液后溶解試樣，安全便捷，所得纖維含量結(jié)果穩(wěn)定可靠。

表3 兩種分液方式獲得的試劑對(duì)纖維成分含量測(cè)試的影響（采用75%硫酸法）

4 結(jié)論

從上述試驗(yàn)結(jié)果可知：

（1）自動(dòng)分液機(jī)可精準(zhǔn)分液試劑用量，避免試劑浪費(fèi)，極大地減少了試劑消耗量和廢液排放量，推動(dòng)節(jié)能減排工作的開展，還大幅降低了檢驗(yàn)成本。（2）自動(dòng)化分液設(shè)備可一次性給24個(gè)樣品進(jìn)行分液，操作簡(jiǎn)單，分液效率高，快捷安全，符合檢測(cè)行業(yè)或相關(guān)紡織服裝企業(yè)的使用需求，解決了檢測(cè)行業(yè)需人工分液樣品勞動(dòng)強(qiáng)度高、效率低的問(wèn)題，對(duì)促進(jìn)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展提供了優(yōu)質(zhì)的保障。（3）自動(dòng)化分液設(shè)備分液與傳統(tǒng)的人工分液得出纖維成分含量結(jié)果差異甚小，極差均在1.0%內(nèi)，結(jié)果穩(wěn)定可靠；因此，采用自動(dòng)化的檢測(cè)設(shè)備是未來(lái)紡織品檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)，研究成果可在檢測(cè)機(jī)構(gòu)廣泛推廣，有廣闊的應(yīng)用前景與發(fā)展空間，具有深遠(yuǎn)的社會(huì)效益。