基于衰减全反射法纺织纤维红外光谱库建立及应用.docx

基于衰减全反射法纺织纤维红外光谱库建立及应用摘要：采用衰减全反射法制样，对不同成分组成、不同混 纺比的纺织面料进行红外光谱扫描，利用化学分析法结果对 谱图进行编号，自建了 1000多个样本组成的纺织纤维红外 光谱库同时探讨了利用谱库检索功能对未知样品的纤维成 分进行快速无损检测的可行性关键词：衰减全反射；红外光谱；纺织品；纤维含量红外光谱技术是根据被测样本的红外光谱特征得到其 成分及含量的一种先进分析技术由于不同种类的纤维其化 学结构不同，具有不同的化学基团，在红外光谱中会表现出 不同的特征吸收谱带，根据已知纤维光谱图与未知纤维光谱 图比较，就能对纤维种类鉴别［1］采用与红外光谱仪配套 的衰减全反射法(Attenuated Total Reflection,简称 ATR) 附件，可通过样品表面的反射信号获得样品表层有机成分和 无机物的结构信息，不需要进行压片制样即可进行光谱扫 描，获得红外光谱图，不需要对样品进行任何处理，属于一 种无损、快速的检测方法［3］目前，红外光谱作为快速、 无损的检测技术在纺织纤维的品种鉴别中也得到了广泛的 关注，但现有的研究均针对一些纤维鉴别的个案展开，不具 有鉴别混纺织物的普适性。

本文采用ATR法制样，在试验探 讨织物表层状态对谱图结果影响的基础上，自建了由1000 多个样本组成的纺织纤维红外光谱标准库，并对利用谱库检 索功能实现纤维种类及含量的快速检测作了相应的探讨1材料与方法1.1仪器和测试条件Nicolet 6700傅里叶红外光谱仪，美国Thermo公司， 配有错晶体ATR附件和OMNI采样器仪器分辨率：4cm-l, 扫描范围：650cm-l〜4000cm-1,扫描次数：32次试验采 用空气为参比，在室温下进行光谱采集，每份样本进行3次 扫描，取3次采集的平均光谱作为该样品的原始光谱1. 2样品收集试验所用样品全部收集自日常检验样品，样品的纤维成 分包括各类常规、新型纤维单组分样品以及棉/聚酯纤维、 锦纶/聚酯纤维等不同比例不同组成的多组分样品样品的 纤维成分含量组成采用化学分析法测定得到2结果与分析2. 1考察纤维表面颜色及涂层等对扫描结果的影响由于衰减全反射法（ATR法）基于光内反射原理而设计 从光源发出的红外光经过折射率大的晶体再投射到折射率 小的试样表面上，当入射角大于临界角时，入射光线就会产 生全反射事实上红外光并不是全部被反射回来，而是穿入 到试样表面内一定深度后再返回表面，在该过程中，试样在 入射光频率区域内有选择吸收，反射光强度发生减弱，产生 与透射吸收相类似的谱图，从而获得样品表层化学成分的结 构信息［2］。

因此，样品表层的染料、涂层的存在以及织物 结构均可能对扫描结果有影响［3］,有必要对相关因素进行 考察2. 1. 1染料对结果的影响对同一纤维组成，但颜色不同的样品进行了扫描，结果 发现，织物表面的染料对图谱没有影响如图1所示，同样 为100%棉的5个颜色的样品，采集得到的特征吸收峰位置及 强度没有出现差异2. 1.2涂层对图谱的影响试验发现，织物表面的涂层对结果有较大的影响，如图 2所示，同一面料，涂层面与非涂层面的图谱差别很大，说 明表面涂层物质的存在不仅会降低纤维特征峰的吸光度值， 而且涂层物质的结构信息在谱图中有较强表现2. 1. 3 ATR扫描时取样点的选择一些织物结构和花形等织造的变化，使得不同部位的纤 维组成各不相同，如正反面从外观上看起来就有差异的面 料，在谱图扫描中同样表现出差异如图3为一聚酯纤维/棉面料，正面图谱和反面图谱相 差很大，正面的图谱兼有聚酯纤维、棉的特征峰，而反面则 聚酯纤维的峰强度更强，棉的特征峰基本没有图4为一醋 纤/锦纶面料，正面图谱和反面图谱也相差很大，反面的锦 纶峰特征峰明显，而正面锦纶的峰很弱因此，在采用ATR法进行图谱扫描时，为减少差错，有 必要对每个样品正反面、有无涂层面分别扫描，再将两面的 成分信息综合。

颜色在谱图扫描中没有影响，但考虑到组成 不同颜色纱线的纤维成分会有差异，对未知样品测定时尽量 每种颜色都进行取点扫描2. 2标准谱图库的建立与检索采用红外光谱法分析时，通常采用将测得的图谱与已知 样品的图谱或标准图谱进行对比的方法进行由于不同的样 品制备方法得到的谱图虽基本相似，但在谱图质量、吸收峰 强度方面存在差异［4-5］,而且，多组分纤维的混纺织物， 由于其各组分特征基团之间存在相互干扰，分子内基团的红 外吸收会受到邻近基团及整个分子其他部分的影响，使得各 纤维原有的特征吸收峰会在一定范围内波动［6］因此必须 先建立一个适用于同一制样方法下不同纤维组成样品的红 外标准谱库，弥补现有的红外谱图仅适用于单组分纤维，不 具有鉴别混纺织物的不足，以便于下一步利用谱库检索功 能，实现纤维种类及含量的快速鉴别2. 2. 1谱图中纤维组成用于建库的样本不仅包含了棉、亚麻、粘纤、莱赛尔、 羊毛、桑蚕丝、聚酯纤维、锦纶、睛纶等各种单组分常规及 新型纤维，更多的是不同组成比例的棉/聚酯纤维、粘纤/聚 酯纤维、锦纶/聚酯纤维、睛纶/棉、睛纶/羊毛等各类样品2. 2.2谱库信息建立谱库中的样品通过显微镜、化学溶解法等定性方法及化 学定量方法得到其准确成分组成和组成纤维的比例。

将这些 信息录入，对每张谱图进行编号，形成索引号，从中可查出 样品所含纤维类别、含量比例等信息经过红外测定、筛选, 以及软件的数据处理，初步建立起一个包括1000多个样本 组成的纺织纤维红外光谱标准库2. 2.3利用谱库检索进行未知样的测定我们随机选择了 15个未知样品进行图谱扫描，通过谱 库检索，与自建立的谱库中谱图匹配率最高的样品组成情况 见表U其中未知样组成及比例通过化学分析法得到 通过对检索结果进行分析和总结，得出：(1) 从匹配的结果与已知组成比较来看，当匹配结果 中出现棉、麻、粘纤、莱赛尔、莫代尔时，只能判断是含有 纤维素或再生纤维素类纤维(表中表述为纤维素纤维类)， 而不能根据匹配结果确定具体的种类2) 对于聚酯纤维、锦纶、惰纶等合成纤维与其他纤 维混纺的产品，因为特征峰明显，结果匹配良好但值得注 意的是，当羊毛与锦纶混纺时，由于锦纶的特征峰与羊毛的 特征吸收峰重叠，且羊毛的峰宽而强，如图5所示，羊毛与 锦纶混纺织物的检索结果通常会出现100%羊毛的结果因 此，对于检索结果为100%羊毛的结果应进一步进行核查3结论(1) 采用ATR法采集纺织面料红外谱图时，颜色对谱 图结果没有影响，但织物表面涂层物质在谱图有体现，在样 品扫描时，还应注意取样位置是否具有代表性。

2) 利用所建立的包括各种类别单组分与不同组成比 例的多组分样本红外标准谱图库，通过谱库检索功能实现对 未知样品的成分含量检测，根据对比各特征峰位置，按匹配 度顺序进一步进行对比，可以判断样品的成分或所属主要类 别，为提高检测效率和准确性创造了有利条件3) 利用红外光谱进行定性定量检测，其准确性、可 靠性，很大程度上取决于建立模型数据库的代表性，而且对 于一个谱库，其强大的生命力在于对其内容不断地更新完 善，本研究所建立的谱图库还需在实践中不断地扩充，以便 更好地服务于检测需要参考文献：[1] 李青山.纺织纤维鉴别手册[M].第3版.北京：中 国纺织出版社，2009.[2] 黄红英，尹齐和•傅里叶变换衰减全反射红外光谱 法(ATR-FTIR)的原理与应用进展[J].中山大学研究生学刊(自然科学、医学版)，2011, 32 (1), 20-31.[3] 顾虎，钟浩，罗斯杰.红外光谱法在新型纺织纤维 鉴别中的应用[J].现代丝绸科学与技术,2011(6)： 240-241.[4] 韩非，杨瑜榕，刘贵，等•红外光谱在纤维定性定 量分析中的应用[J]•中国纤检，2012, 10 (上)：55-59.[5] 陶丽珍，潘志娟，蒋耀兴，等•衰减全反射傅里叶 红外光谱在纤维鉴别中的应用[J].上海纺织科技，2009, 37(9)： 16-19.[6] 陆永良，沈维，刘艳•红外光谱差减技术在纺织品 定性中的应用[J].上海纺织科技，2010, 38 (7)： 1-4.(作者单位：浙江省纺织测试研究院)。