劉冰欣

（淮安市纖維檢驗(yàn)所，江蘇淮安 223001）

在現(xiàn)代科技發(fā)展的帶動(dòng)下，紅外光譜技術(shù)在紡織等行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越發(fā)普及，并獲得了良好的成效。通過(guò)覆蓋性測(cè)定紡織品中的化合成分與聚合纖維，實(shí)現(xiàn)對(duì)紡織品質(zhì)量的有效控制。紅外光譜儀的定性定量分析技術(shù)應(yīng)用，可滿足各類產(chǎn)品的檢測(cè)需求，在紡織領(lǐng)域的檢測(cè)應(yīng)用價(jià)值較高，值得深入研究。

1 紅外光譜分析技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 分析技術(shù)的內(nèi)容

紅外光照射織物樣品時(shí)，被吸收的紅外光會(huì)結(jié)合樣品中的某些成分，組成織物材料的分子變形，從而產(chǎn)生近紅外光譜。紅外光譜法不會(huì)損壞面料與產(chǎn)生環(huán)境污染，儀器購(gòu)買與使用的成本低，同時(shí)具備線上測(cè)試的功能。儀器操作簡(jiǎn)單，對(duì)操作員的專業(yè)知識(shí)技能水平要求低。受技術(shù)缺陷的影響，直接限制了紅外光譜法的檢測(cè)對(duì)象與應(yīng)用范圍。同時(shí)受間接測(cè)量方法的限制，檢測(cè)精度的上升空間相對(duì)較小。但紅外光譜分析技術(shù)仍是紡織品成分檢測(cè)的理想選擇。

1.2 發(fā)展近況

近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用范圍相對(duì)較廣，在紡織品測(cè)試領(lǐng)域的應(yīng)用，仍處于摸索性前進(jìn)階段，隨著技術(shù)水平的提升，在紡織工業(yè)質(zhì)量控制方面的作用價(jià)值逐步加強(qiáng)，更利于推動(dòng)我國(guó)紡織工業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

1.3 發(fā)展中的問(wèn)題

近紅外光譜在光纖檢測(cè)領(lǐng)域中的作用價(jià)值發(fā)揮相對(duì)局限。校準(zhǔn)模型是近紅外光譜分析法的關(guān)鍵部分，模型的建立需測(cè)試校正參數(shù)集的屬性與收集校準(zhǔn)樣品的近紅外光譜，以確保模型建立的精度。由于無(wú)法在校準(zhǔn)模型中消除設(shè)備間的干擾。因此，會(huì)面臨著在設(shè)備間轉(zhuǎn)換校準(zhǔn)模型等方面的問(wèn)題。影響光纖產(chǎn)品的近紅外光譜結(jié)果的因素較多，包括紡織品的結(jié)構(gòu)等因素，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不盡理想[1]。

2 紅外光譜技術(shù)在紡織品檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 紅外光譜定性分析

紅外光譜定性分析適用于纖維鑒別與涂層和表面整理劑及其他物質(zhì)的分析，各種紡織纖維與助劑和燃料及涂層的化學(xué)基團(tuán)相對(duì)獨(dú)特，測(cè)定出紅外譜圖后，通過(guò)比較標(biāo)準(zhǔn)的圖譜，可準(zhǔn)確判定出物質(zhì)的成分。首先，可用于鑒別纖維。紅外光譜鑒別紡織材料的技術(shù)相對(duì)成熟，通過(guò)識(shí)別各纖維獨(dú)特的官能基團(tuán)的特征峰，實(shí)現(xiàn)對(duì)紡織纖維的檢測(cè)。紅外光譜分析技術(shù)可在無(wú)需制樣或未破壞樣品的前提下，直接鑒定紡織纖維。同時(shí)在不損壞樣品與快速直接檢測(cè)等方面的優(yōu)勢(shì)特征，都是顯微鏡紅外技術(shù)等常規(guī)光譜方法不能比擬的。其次，可用于分析涂層與整理劑。參照GB/T 30666—2014《紡織品涂層鑒別試驗(yàn)方法》，聯(lián)合應(yīng)用衰減全反射法與傅立葉紅外光譜儀計(jì)算機(jī)和新興儀器輔件，可快速檢測(cè)出聚氨酯復(fù)合型化纖涂布成分及化纖涂布的聚酯成分。可以用光聲光譜測(cè)定技術(shù)，檢測(cè)出紡織品中的熒光增白劑。

2.2 紅外光譜定量分析

定量檢測(cè)是我國(guó)紡織品常用的檢測(cè)方法，但在實(shí)踐應(yīng)用中存在較多的限制條件。根據(jù)檢測(cè)技術(shù)人員的主觀經(jīng)驗(yàn)對(duì)纖維做出定性，利用顯微鏡辨別纖維形態(tài)，或是依據(jù)纖維燃燒的氣味與性狀，針對(duì)性的處理纖維，利用化學(xué)試劑試驗(yàn)，快速達(dá)到纖維種類的判定目的。在此操作過(guò)程中，對(duì)人員經(jīng)驗(yàn)與設(shè)備性能和試劑種類及試驗(yàn)溫度等方面的要求較高。同時(shí)定量分析的流程復(fù)雜繁瑣，直接影響纖維成分的檢測(cè)結(jié)果[2]。

首先，可用于檢測(cè)纖維成分。紅外光譜定量分析技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，可通過(guò)測(cè)量特征吸收譜代，了解纖維組分的含量。同時(shí)混合物中的物質(zhì)比例與其他特征紅外吸收強(qiáng)度成正比。方法要點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾方面：混合物中每種物質(zhì)都存在無(wú)重疊的特征吸收譜帶；譜帶的吸收強(qiáng)度，與被測(cè)物質(zhì)的濃度，存在線性關(guān)系；選擇的譜帶，需具備較大的吸收系數(shù)，周圍不存在其他吸收帶，避免檢測(cè)結(jié)果受到干擾；基線法測(cè)定吸光度。紅外光譜定量分析技術(shù)在纖維成分檢測(cè)中的應(yīng)用體現(xiàn)，如下所示：一是定量檢測(cè)棉/尼龍混紡，參照棉與尼龍紅外光譜的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)曲線，可根據(jù)棉與尼龍?jiān)谇€對(duì)應(yīng)的特征吸收強(qiáng)度了解其含量。二是定量檢測(cè)滌/棉混紡，可利用光聲法溴化鉀壓片或透射法，定量檢測(cè)滌/棉混紡中的滌綸含量，發(fā)現(xiàn)滌的含量，與特征峰的吸收強(qiáng)度無(wú)線性關(guān)系，但與吸收強(qiáng)度和峰寬的乘積存在線性關(guān)系。三是定量檢測(cè)腈/棉混紡，可采取特征峰吸收強(qiáng)度對(duì)應(yīng)纖維含量的方法，腈綸的特征峰與棉的特征峰所建立的回歸方法，存在較高的相關(guān)系數(shù)。除此之外，紅外光譜法同樣適用于尼龍材料中的玻纖含量檢測(cè)與腈/毛混紡、毛/棉混紡、毛/滌混紡的定量檢測(cè)。

其次，可用于測(cè)定纖維取向度與結(jié)晶度。在紅外光譜圖中，各譜帶所反映的高聚物結(jié)構(gòu)變化明顯不同。不同的譜帶會(huì)隨著結(jié)晶度的增加，出現(xiàn)強(qiáng)度增加或減弱的變化。在譜帶不變與結(jié)晶情況變化的參照前提下，將結(jié)晶度與譜帶強(qiáng)度變化呈正相關(guān)的譜帶，當(dāng)作是結(jié)晶譜帶，呈負(fù)相關(guān)的譜帶，當(dāng)作是非晶譜帶。因此，可根據(jù)各譜帶的情況，了解高聚物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)及變化現(xiàn)象。將偏振器加入紅外光譜儀的測(cè)量光路內(nèi)，獲得纖維的偏振紅外光譜，根據(jù)偏振紅外光譜圖，可判定纖維的取向度。同時(shí)可根據(jù)譜帶的二向色性比與纖維的取向函數(shù)，判定出纖維的取向度。

最后，可用于測(cè)定棉花成熟度與產(chǎn)品回潮率。近紅外光譜儀聯(lián)合化學(xué)計(jì)量法，可測(cè)定出紡織品的回潮率。近紅外光譜分析技術(shù)，同樣適用于棉的纖維強(qiáng)度與橫截面積及馬克隆值等指標(biāo)參數(shù)的測(cè)定。

2.3 其他應(yīng)用

紅外光譜分析技術(shù)的優(yōu)勢(shì)特征明顯，可用于光纖產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量分析，還可用于光纖的質(zhì)量與制造過(guò)程的檢測(cè)。我國(guó)棉花進(jìn)口量大，但棉花原料的質(zhì)量參差不齊，近紅外光譜技術(shù)可有效分析纖維成分與檢查棉夾雜物。棉花在生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)直接受到棉纖維成熟度的影響，在不同成熟階段，棉花的纖維素與非纖維素材料的含量也存在明顯差異。產(chǎn)品質(zhì)量還會(huì)受到紡織纖維的水分含量影響，近紅外光譜可在線監(jiān)測(cè)粗纖維的水分含量，確保產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定性。

3 紅外光譜儀技術(shù)的最新進(jìn)展與應(yīng)用展望

隨著紡織品檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與要求的不斷提高，紅外光譜儀與光譜技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)及化學(xué)計(jì)量統(tǒng)計(jì)學(xué)等學(xué)科的整合越發(fā)密切。尤其是質(zhì)譜儀與色譜儀及光纖探頭等設(shè)備的整合應(yīng)用，通過(guò)發(fā)揮優(yōu)勢(shì)協(xié)同效應(yīng)，更利于提高紡織品檢測(cè)結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確度，繼而充分發(fā)揮紡織品紅外光譜檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值[3]。

3.1 光譜技術(shù)的應(yīng)用，拓展了紅外光譜儀的檢測(cè)應(yīng)用范圍

因辨率不夠引起的誤差，會(huì)隨著吸收強(qiáng)度的增加而增大，為了得到精確的檢測(cè)結(jié)果，要求光譜儀分辨率的參數(shù)值，應(yīng)當(dāng)?shù)陀诜治鑫锏奈諏挾戎?。目前，光譜儀分辨率可達(dá)0.18 cm，同時(shí)光譜技術(shù)水平的提高，可拓寬光譜儀在紡織領(lǐng)域的檢測(cè)應(yīng)用范圍，包括檢測(cè)有害金屬等。紅外光譜主要是反映C-H、O-H、N-H、S-H 等化學(xué)鍵的信息，因此分析范圍幾乎可覆蓋所有的有機(jī)化合物和混合物。加之其獨(dú)有的諸多優(yōu)點(diǎn)，決定了它應(yīng)用領(lǐng)域的廣闊程度。

3.2 化學(xué)計(jì)量學(xué)的應(yīng)用，解決了紅外光譜無(wú)法解決的問(wèn)題

由傅立葉紅外光譜儀可得到線性范圍較寬與高信噪比的數(shù)字化紅外光譜，聯(lián)合部分最小二乘法與基本成分回歸和反最小二乘法等現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)方法，利用現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)方法，能定量分析和研究紅外光譜，更利于發(fā)揮紅外光譜定量分析技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。其中經(jīng)典最小二乘法的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維素填料表面木質(zhì)素與纖維素間比重的檢測(cè)。部分最小二乘法的應(yīng)用，可用于檢測(cè)PET 的形態(tài)學(xué)特征?；境煞只貧w與部分最小二乘法的應(yīng)用，能夠定量分析二甲苯異構(gòu)體。引入多變量校正法，更利于提高紅外定量與定性分析的能力。傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)光譜數(shù)據(jù)與化學(xué)信息的轉(zhuǎn)換，間接帶動(dòng)了化學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)的迅速發(fā)展。尤其是化學(xué)統(tǒng)計(jì)分析的引入，能夠打破紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用瓶頸，處理無(wú)法解決的問(wèn)題。而作為一個(gè)新的化學(xué)計(jì)量方法，人們更加重視人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的記憶功能。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法鑒定紅外光譜，極大的提高了紅外定量分析和定性分析能力。未來(lái)化學(xué)計(jì)量學(xué)也會(huì)在紡織檢驗(yàn)領(lǐng)域中發(fā)揮積極作用，實(shí)現(xiàn)纖維多組分的高效分析。

3.3 計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，提高紅外光譜的定量分析能力

計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，不僅推動(dòng)了各行業(yè)領(lǐng)域的現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程，同時(shí)帶動(dòng)了其他技術(shù)水平的不斷提高，拓展了相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用范圍。隨著紅外光譜儀檢測(cè)技術(shù)的不斷研發(fā)，開發(fā)出了的QUANT 與OMNIC 及PCR 等先進(jìn)技術(shù)，由此，極大的提高了紅外光譜的定量分析能力。運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，能對(duì)結(jié)果進(jìn)行快速檢測(cè)和計(jì)算。紅外光譜技術(shù)與其他檢測(cè)技術(shù)的配合應(yīng)用，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)的整合作用，更有利于提高紅外光譜的定量分析能力。計(jì)算機(jī)能夠高效快速的處理檢測(cè)結(jié)果，同時(shí)具備分析與統(tǒng)計(jì)等功能，能夠進(jìn)行物體定點(diǎn)分析與三維繪圖分析和化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)分析等。通過(guò)三維繪圖軟件的運(yùn)用，能對(duì)膠片中添加劑的成本進(jìn)行測(cè)定。隨著紅外光譜法檢測(cè)技術(shù)水平的提升，未來(lái)可有效檢測(cè)出紡織品中的偶氮染料與甲醛添加劑等有毒有害物質(zhì)，更利于紡織品生產(chǎn)質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代科技發(fā)展推動(dòng)了紡織業(yè)生產(chǎn)與檢測(cè)水平的提升，帶動(dòng)了生產(chǎn)設(shè)備與檢測(cè)裝置的革新優(yōu)化。尤其是在計(jì)算機(jī)技術(shù)與化學(xué)計(jì)量學(xué)等先進(jìn)技術(shù)的支撐下，為紡織業(yè)的生產(chǎn)與檢測(cè)創(chuàng)造了有利的條件，促使紡織業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)。紅外光譜技術(shù)的定性定量分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)紡織產(chǎn)品檢測(cè)指標(biāo)的全覆蓋，但影響檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度的因素較多，還需在積極引進(jìn)新的檢測(cè)技術(shù)與設(shè)備和方法，打破限制條件的約束，提高紡織品檢測(cè)水平的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)資源整合優(yōu)化與高效利用。