文/田玲玲 高 雅 胡愛琴

1 引言

絲/氨混紡產(chǎn)品（內(nèi)衣、T恤、睡衣等）具有較好的彈性，穿著滑爽舒適，深受消費(fèi)者的喜愛。對(duì)于桑蠶絲/氨綸織物的成分含量檢測(cè)，依據(jù)我國(guó)現(xiàn)行有效的方法標(biāo)準(zhǔn)，目前包括手工分解法[1]和次氯酸鹽化學(xué)試劑溶解法[2]。手工分解法檢測(cè)結(jié)果雖然準(zhǔn)確但是耗時(shí)費(fèi)力，且對(duì)于高支或緊密型織物較難采用；次氯酸鹽化學(xué)試劑溶解法在檢驗(yàn)過程中污染環(huán)境、對(duì)檢測(cè)人員的身體有一定危害。

近紅外光譜分析技術(shù)具有快速、無損、無污染、結(jié)果準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，它可在幾分鐘內(nèi)僅通過對(duì)被測(cè)樣品光譜測(cè)量，即可完成多項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)定，采用近紅外光譜結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法快速測(cè)定紡織品成分含量具有一定的可行性。目前大多實(shí)驗(yàn)室采用PLS建模方法[3-6]，需要用的樣本數(shù)量多，建模過程復(fù)雜，模型預(yù)測(cè)范圍兩端區(qū)測(cè)量偏差較大。為此，本文對(duì)硬件性能和分析方法進(jìn)行了改進(jìn)，如自動(dòng)收集背景掃描，增大采樣區(qū)域，平均了從非均勻樣品反射的光，并結(jié)合定標(biāo)法采用了一種全新數(shù)據(jù)處理技術(shù)，使得操作更加簡(jiǎn)便且顯著地提高了分析精度和準(zhǔn)確度，本文通過建立桑蠶絲/氨綸混紡織物中纖維成分含量的定標(biāo)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)近紅外分析方法用于實(shí)際定量檢驗(yàn)桑蠶絲/氨綸混紡織物。

2 試驗(yàn)

2.1 樣品收集

在日常檢測(cè)工作中收集桑蠶絲/氨綸兩組分混紡樣品共103個(gè)，按順序編號(hào)。這103個(gè)樣品涵蓋了不同顏色、不同厚度、不同含量配比、不同織造工藝的紡織織物，平均大小約為10cm2。樣品集合具有一定代表性。

2.2 參考值測(cè)定

樣品的參考值按照GB/T 2910.1—2009[1]、GB/T 2910.4—2009[2]進(jìn)行測(cè)定。所有樣品的氨綸含量在4.2%～15.1%范圍內(nèi)，桑蠶絲含量在84.9%～95.8%范圍內(nèi)。

2.3 光譜采集

采用美國(guó)銀河科技QuaslR3000對(duì)所有樣品進(jìn)行光譜采集。光譜儀波數(shù)范圍（12800cm-1～4000cm-1），分辨率（4cm-1），平均次數(shù)（32次）。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量6次，取6次光譜平均作為建模光譜。

2.4 建立定標(biāo)數(shù)據(jù)庫

采用西派特（北京）科技有限公司開發(fā)的sunny lib軟件進(jìn)行定標(biāo)數(shù)據(jù)庫建立。使用光譜與含量數(shù)據(jù)庫，將高維樣本光譜通過線性變換投射到低維光譜特征定量空間。對(duì)數(shù)據(jù)庫中各樣品，依據(jù)低維光譜特征向量空間中的樣品分布，找出一組定標(biāo)樣本，并將其投影到先行定標(biāo)空間，采用對(duì)應(yīng)的定標(biāo)數(shù)據(jù)，建立定標(biāo)曲線，計(jì)算測(cè)定值。通過預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)偏差（SEP）評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫的準(zhǔn)確性；通過外部樣品驗(yàn)證其穩(wěn)定性。

3 結(jié)果與討論

3.1 硬件性能評(píng)價(jià)

將同一個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量6次，該測(cè)量方式下樣品光譜標(biāo)準(zhǔn)偏差在全譜范圍內(nèi)穩(wěn)定在10-3左右。表明儀器穩(wěn)定性良好，滿足光譜采集要求。

3.2 光譜數(shù)據(jù)采集

使用103個(gè)樣品分別建立桑蠶絲和氨綸的定標(biāo)數(shù)據(jù)庫。圖1為所有建模樣品近紅外光譜圖。

圖1 桑蠶絲/氨綸樣品近紅外光譜圖

3.3 光譜區(qū)間選擇

光譜經(jīng)過預(yù)處理后相關(guān)系數(shù)在4000cm-1～4200cm-1、5100cm-1～5900cm-1和8100cm-1～8300cm-1范圍內(nèi)能夠達(dá)到0.2以上，詳見圖2。根據(jù)相關(guān)系數(shù)法選擇相關(guān)系數(shù)大于0.2的波數(shù)段進(jìn)行定標(biāo)。

圖2 相關(guān)系數(shù)圖

3.4 定標(biāo)數(shù)據(jù)庫評(píng)價(jià)

應(yīng)用sunny lib軟件的定標(biāo)新算法建立定標(biāo)數(shù)據(jù)庫。從圖3和圖4可以看出，雖然樣本數(shù)量有限，但是處理后光譜與組分含量呈現(xiàn)高度線性相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.985。

圖3 桑蠶絲——預(yù)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值回歸曲線

圖4 氨綸——預(yù)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值回歸曲線

利用SEP驗(yàn)證預(yù)測(cè)偏差，其值反映了新建方法的準(zhǔn)確性，SEP越小，準(zhǔn)確性越高。該定標(biāo)庫的桑蠶絲SEP值為0.4%，氨綸SEP0.4%，均優(yōu)于國(guó)標(biāo)要求誤差1%。

3.5 數(shù)據(jù)驗(yàn)證

紡織品纖維的質(zhì)地、顏色、染整、不均勻性、檢測(cè)環(huán)境等因素都會(huì)嚴(yán)重干擾近紅外光譜測(cè)量精度，穩(wěn)定可靠的預(yù)測(cè)模型必須經(jīng)過大量外部驗(yàn)證。隨機(jī)選擇兩個(gè)未知樣品驗(yàn)證模型的精確度，對(duì)兩個(gè)樣品重復(fù)采集6次驗(yàn)證模型精確度，隨機(jī)選擇10個(gè)未知樣品驗(yàn)證模型準(zhǔn)確度。模型驗(yàn)證結(jié)果見表1和表2，驗(yàn)證結(jié)果表明該方法預(yù)測(cè)的精確性及準(zhǔn)確性都滿足國(guó)標(biāo)要求。

表1 桑蠶絲/氨綸兩組分預(yù)測(cè)值標(biāo)準(zhǔn)偏差

表2 近紅外光譜定標(biāo)算法預(yù)測(cè)結(jié)果

3.6 效率比較

采用國(guó)標(biāo)方法分析桑蠶絲/氨綸樣品的組分含量需要多臺(tái)設(shè)備，多人協(xié)作，時(shí)間大約6小時(shí)，同時(shí)產(chǎn)生大量化學(xué)試劑費(fèi)用；采用近紅外光譜定標(biāo)算法僅需1個(gè)人，3min即可檢測(cè)出含量結(jié)果，過程無常規(guī)消耗品，無污染廢棄物排放，不僅保持了快的優(yōu)勢(shì)，而且實(shí)現(xiàn)了結(jié)果的準(zhǔn)確。

4 結(jié)論

（1）紡織品絲/氨的近紅外光譜外部驗(yàn)證結(jié)果，其準(zhǔn)確度優(yōu)于國(guó)標(biāo)傳統(tǒng)方法的測(cè)量誤差要求，可以準(zhǔn)確定量桑蠶絲和氨綸的組分。

（2）紡織品中的絲/氨成分含量可采用近紅外光譜方法實(shí)現(xiàn)快速、無損、節(jié)約、無污染檢測(cè)。

（3）利用光譜定標(biāo)新算法進(jìn)行紡織品定量分析，定標(biāo)操作簡(jiǎn)便，結(jié)果準(zhǔn)確度高，對(duì)提升紡織品檢測(cè)機(jī)構(gòu)的工作效率，提高我國(guó)紡織纖維檢測(cè)技術(shù)水平具有重大意義。