性質(zhì)相近的紡織纖維紅外光譜法鑒別的實(shí)踐

文/金亞雯 程蓓

1 引言

纖維的定性檢測(cè)最主要的目的就在于鑒別纖維的種類。確認(rèn)紡織產(chǎn)品中各組分的類別是進(jìn)行定量分析工作的基礎(chǔ)?，F(xiàn)行FZ/T 01057.1—2012《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 第1部分：通用說明》[1]是目前鑒別纖維種類的主要方法依據(jù)。其中常見的纖維鑒別方法包括：顯微鏡法、燃燒法、化學(xué)溶解法、熔點(diǎn)法和紅外光譜法等。

紅外光譜法利用不同物質(zhì)有不同紅外光譜的特性將未知纖維與已知纖維的標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜進(jìn)行比較來(lái)區(qū)別纖維的類別。目前紅外光譜法并沒有得到廣泛應(yīng)用，主要原因在于纖維標(biāo)準(zhǔn)紅外譜庫(kù)的建設(shè)尚不完善，紅外光譜檢測(cè)的時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本相對(duì)于傳統(tǒng)的顯微鏡法和溶解法優(yōu)勢(shì)并不明顯。但需要指出的是，紅外光譜法是未來(lái)紡織品無(wú)損檢測(cè)的重要依托，紅外光譜鑒別是一種非破壞性檢測(cè)手段，而顯微鏡法、溶解法以及燃燒法等等均是破壞性檢測(cè)方法。本文是基于FZ/T 01057.8—2012《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 第8部分：紅外光譜法》[2]實(shí)踐過程中對(duì)于常見棉、再生纖維素纖維、儀綸等紅外光譜法鑒別結(jié)果的總結(jié)，以此為纖維檢驗(yàn)工作者提供相關(guān)的參考。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)材料與儀器

試驗(yàn)材料：棉纖維、粘膠纖維、萊賽爾纖維、莫代爾纖維、儀綸、錦綸、滌綸（南通大富豪紡織科技有限公司提供）。

試驗(yàn)儀器：NICOLET iS10傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀（賽默飛世爾科技公司），ED53熱風(fēng)循環(huán)烘箱（德國(guó)BINDER），WS70-1遠(yuǎn)紅外線干燥箱（杭州齊威儀器有限公司）。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 試樣取樣方法

纖維樣品的取樣點(diǎn)要求能夠代表整個(gè)樣品中的全部纖維組分，如果發(fā)現(xiàn)試樣存在不均勻，則應(yīng)按照不同組分取樣。

2.2.2 試樣預(yù)處理

一般試樣無(wú)須經(jīng)過預(yù)處理，如果試樣中混有非纖維物質(zhì)，例如油脂、蠟及其他雜質(zhì)時(shí)需要進(jìn)行去除。去除方法參考GB/T 2910.1—2009 《紡織品 定量化學(xué)分析 第1部分： 試驗(yàn)通則》[3]中樣品預(yù)處理方法。

一般對(duì)染色纖維中的染料，可視為纖維中的一部分，不必去除。如果試樣上的染料（如黑色）對(duì)纖維鑒別有干擾，可采用去除染料的方法脫色，但不得損傷纖維或使纖維性質(zhì)有任何改變。脫色方法參考 GB/T 17592—2011 《紡織品 禁用偶氮染料的測(cè)定》[4]中采用的連二亞硫酸鈉（保險(xiǎn)粉）脫色。

2.2.3 測(cè)試方法

采用ATR法測(cè)試?yán)w維樣品無(wú)須制樣，僅需要測(cè)試前將纖維樣品中的水分使用烘箱或遠(yuǎn)紅外燈箱盡量去除。一般將待測(cè)試樣品在烘箱內(nèi)105℃烘干3h，測(cè)試前在遠(yuǎn)紅外燈箱內(nèi)烘干0.5h。

3 結(jié)果與討論

3.1 棉與再生纖維素纖維的紅外光譜特征及區(qū)別

采用衰減全反射傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀ATR全反射部件對(duì)棉、粘纖、莫代爾、萊賽爾纖維進(jìn)行紅外分析，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 棉與再生纖維素纖維紅外光譜圖

從圖1可以發(fā)現(xiàn)，棉、粘纖、莫代爾、萊賽爾4種纖維的紅外光譜圖基本一致，從FTIR圖中可知3450cm-1～3200cm-1，2890cm-1，1636cm-1，1016cm-1，898cm-1等處出現(xiàn)吸收峰。3450cm-1～320cm-1出現(xiàn)寬峰，表明H—O的伸縮振動(dòng)特征；2890cm-1處的吸收峰為C—H的伸縮振動(dòng)；1636cm-1處的吸收峰可能是吸附水的吸收峰；1016cm-1吸收峰可能是C—O的伸縮振動(dòng)引起的；898cm-1處的吸收峰可能是C—O的面外彎曲振動(dòng)。在圖1紅外圖譜中觀察到符合FZ/T 01057.8附錄B[2]所述纖維素纖維主要吸收譜帶及特征頻率。

圖2 棉與再生纖維素纖維一階導(dǎo)數(shù)紅外光譜圖

圖2為上述4種纖維的一階導(dǎo)數(shù)紅外譜圖，4種纖維一階導(dǎo)數(shù)紅外譜圖幾乎相同，但在3500cm-1～3000cm-1范圍內(nèi)棉纖維的兩個(gè)特征吸收峰發(fā)生紫移，如圖2中箭頭所示，而另外3種纖維的吸收峰位置幾乎相同。由此可知，用普通的紅外光譜圖和一階導(dǎo)數(shù)紅外譜圖很難鑒別再生纖維素纖維的具體種類。

3.2 棉與再生纖維素纖維二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜圖的區(qū)別

圖3、圖4、圖5、圖6分別為棉、粘纖、莫代爾、萊賽爾纖維1500cm-1～500cm-1范圍二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜。比較上述各圖，可以發(fā)現(xiàn)棉作為天然纖維素，1417.5cm-1和1319.4cm-1處的吸收峰是獨(dú)立存在的，且1417.5cm-1處的吸收峰在紅外譜圖中紫移到1430cm-1附近；粘膠纖維、莫代爾纖維、萊賽爾纖維則在1376.4cm-1處出現(xiàn)肩峰，其實(shí)際對(duì)應(yīng)的吸收峰為1417.5cm-1和1319.4cm-1處的吸收峰。除此之外，棉與再生纖維素纖維在1500cm-1～1000cm-1范圍內(nèi)的二階導(dǎo)數(shù)圖譜存在明顯的不同，由此區(qū)分棉和另外三種纖維存在可行性，但再生纖維素的具體種類在此試驗(yàn)條件下難以實(shí)現(xiàn)，一般需要外加微擾條件進(jìn)行測(cè)試。

圖3 棉纖維二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜圖（1500cm-1～500cm-1）

圖4 粘膠纖維二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜圖（1500cm-1～500cm-1）

圖5 莫代爾纖維二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜圖（1500cm-1～500cm-1）

圖6 萊賽爾纖維二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜圖（1500cm-1～500cm-1）

綜上所述，纖維素纖維1200cm-1～950cm-1范圍的特征吸收峰實(shí)際上是糖類的吸收峰，天然纖維素纖維與再生纖維素纖維的主要區(qū)別在1500cm-1～1200cm-1范圍的特征吸收峰，二階導(dǎo)數(shù)紅外圖譜中，若1417.5cm-1和1319.4cm-1處的吸收峰是以1376.4cm-1處肩峰形式存在，則可判定為再生纖維素纖維，反之則為天然纖維素纖維，此方法可以用于顯微鏡法無(wú)法鑒別，或者纖維形態(tài)過于類似的情形。

3.3 儀綸、滌綸與錦綸的紅外光譜特征和區(qū)別

采用衰減全反射傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀ATR全反射部件對(duì)儀綸、滌綸、錦綸纖維進(jìn)行紅外分析。從圖7可以發(fā)現(xiàn)，儀綸與滌綸的紅外光譜比較相似，與錦綸的紅外光譜則具有明顯的區(qū)別。

圖7 儀綸、滌綸、錦綸紅外光譜圖

由錦綸FTIR圖中可知3294cm-1、1633cm-1、1537cm-1等處出現(xiàn)吸收峰。3300cm-1左右的吸收峰，表明N—H的伸縮振動(dòng)特征；1633cm-1處的強(qiáng)吸收峰反映了酰胺中C=O的伸縮振動(dòng)吸收以及部分N—H彎曲振動(dòng)吸收所組成的酰胺Ⅰ帶；1537cm-1處吸收峰則表明了酰胺Ⅱ帶（N—H的面內(nèi)彎曲振動(dòng)與部分C—N伸縮振動(dòng)的耦合）。而上述特征峰在儀綸纖維紅外光譜上沒有出現(xiàn)或者基本觀察不到。

由滌綸的紅外光譜圖分析，1712cm-1、1242cm-1、722cm-1等處出現(xiàn)特征吸收峰。滌綸屬于聚酯纖維，1712cm-1左右的吸收峰，表明C=O的伸縮振動(dòng)特征；1242cm-1處的強(qiáng)吸收峰反映了C—O的伸縮振動(dòng)；722cm-1處吸收峰是由對(duì)位雙取代苯環(huán)上—CH2面內(nèi)搖擺所形成的。而上述的吸收特征峰在儀綸纖維的紅外光譜上也存在，表明儀綸作為聚酰胺酯所表現(xiàn)出的酯的特征。

仔細(xì)分析，在儀綸纖維的紅外光譜中除了上述的特征吸收峰外，還在1666cm-1、1529cm-1等處出現(xiàn)特征吸收峰，如圖8所示。1666cm-1處的吸收峰可能是酰胺Ⅰ帶；1529cm-1吸收峰則可能是酰胺Ⅱ帶的吸收峰。表明儀綸中具備酰胺具體特征的可能性，也是其在紅外光譜特征上與滌綸的差別所在。

圖8 儀綸紅外光譜圖（2000cm-1～500cm-1）

4 結(jié)論

通過對(duì)一組棉、粘膠纖維、萊賽爾、莫代爾和另一組儀綸、錦綸、滌綸等7種性質(zhì)相近的紡織纖維材料的紅外光譜特征分析，得出以下結(jié)論：

（1）棉、粘纖、莫代爾、萊賽爾4種纖維的紅外光譜圖基本一致，符合纖維素纖維主要吸收譜帶及特征頻率。普通的紅外光譜圖和一階導(dǎo)數(shù)紅外譜圖很難鑒別再生纖維素纖維的具體種類，而天然纖維素纖維與再生纖維素纖維的種類可以通過二階導(dǎo)數(shù)紅外譜圖進(jìn)行區(qū)分。

（2）儀綸與滌綸的紅外光譜比較相似，與錦綸的紅外光譜則具有明顯的區(qū)別，可以通過滌綸所表現(xiàn)出酯的特征，儀綸所表現(xiàn)出酰胺的特征加以區(qū)分。