劉冰欣

（淮安市纖維檢驗所，江蘇淮安 223001）

在現(xiàn)代科技發(fā)展的帶動下，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。通過覆蓋性測定紡織品中的化合成分與聚合纖維，實現(xiàn)對紡織品質(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)品的檢測需求，在紡織領(lǐng)域的檢測應(yīng)用價值較高，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，被吸收的紅外光會結(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。紅外光譜法不會損壞面料與產(chǎn)生環(huán)境污染，儀器購買與使用的成本低，同時具備線上測試的功能。儀器操作簡單，對操作員的專業(yè)知識技能水平要求低。受技術(shù)缺陷的影響，直接限制了紅外光譜法的檢測對象與應(yīng)用范圍。同時受間接測量方法的限制，檢測精度的上升空間相對較小。但紅外光譜分析技術(shù)仍是紡織品成分檢測的理想選擇。

1.2 發(fā)展近況

近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用范圍相對較廣，在紡織品測試領(lǐng)域的應(yīng)用，仍處于摸索性前進階段，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值逐步加強，更利于推動我國紡織工業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

1.3 發(fā)展中的問題

近紅外光譜在光纖檢測領(lǐng)域中的作用價值發(fā)揮相對局限。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。由于無法在校準(zhǔn)模型中消除設(shè)備間的干擾。因此，會面臨著在設(shè)備間轉(zhuǎn)換校準(zhǔn)模型等方面的問題。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)致檢測結(jié)果不盡理想[1]。

2 紅外光譜技術(shù)在紡織品檢測中的應(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)基團相對獨特，測定出紅外譜圖后，通過比較標(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)相對成熟，通過識別各纖維獨特的官能基團的特征峰，實現(xiàn)對紡織纖維的檢測。紅外光譜分析技術(shù)可在無需制樣或未破壞樣品的前提下，直接鑒定紡織纖維。同時在不損壞樣品與快速直接檢測等方面的優(yōu)勢特征，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方法》，聯(lián)合應(yīng)用衰減全反射法與傅立葉紅外光譜儀計算機和新興儀器輔件，可快速檢測出聚氨酯復(fù)合型化纖涂布成分及化纖涂布的聚酯成分?？梢杂霉饴暪庾V測定技術(shù)，檢測出紡織品中的熒光增白劑。

2.2 紅外光譜定量分析

定量檢測是我國紡織品常用的檢測方法，但在實踐應(yīng)用中存在較多的限制條件。根據(jù)檢測技術(shù)人員的主觀經(jīng)驗對纖維做出定性，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，針對性的處理纖維，利用化學(xué)試劑試驗，快速達到纖維種類的判定目的。在此操作過程中，對人員經(jīng)驗與設(shè)備性能和試劑種類及試驗溫度等方面的要求較高。同時定量分析的流程復(fù)雜繁瑣，直接影響纖維成分的檢測結(jié)果[2]。

首先，可用于檢測纖維成分。紅外光譜定量分析技術(shù)在實際應(yīng)用中，可通過測量特征吸收譜代，了解纖維組分的含量。同時混合物中的物質(zhì)比例與其他特征紅外吸收強度成正比。方法要點體現(xiàn)在以下幾方面：混合物中每種物質(zhì)都存在無重疊的特征吸收譜帶；譜帶的吸收強度，與被測物質(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，避免檢測結(jié)果受到干擾；基線法測定吸光度。紅外光譜定量分析技術(shù)在纖維成分檢測中的應(yīng)用體現(xiàn)，如下所示：一是定量檢測棉/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)棉與尼龍在曲線對應(yīng)的特征吸收強度了解其含量。二是定量檢測滌/棉混紡，可利用光聲法溴化鉀壓片或透射法，定量檢測滌/棉混紡中的滌綸含量，發(fā)現(xiàn)滌的含量，與特征峰的吸收強度無線性關(guān)系，但與吸收強度和峰寬的乘積存在線性關(guān)系。三是定量檢測腈/棉混紡，可采取特征峰吸收強度對應(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與腈/毛混紡、毛/棉混紡、毛/滌混紡的定量檢測。

其次，可用于測定纖維取向度與結(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。不同的譜帶會隨著結(jié)晶度的增加，出現(xiàn)強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)計量法，可測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度與橫截面積及馬克隆值等指標(biāo)參數(shù)的測定。

2.3 其他應(yīng)用

紅外光譜分析技術(shù)的優(yōu)勢特征明顯，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)量與制造過程的檢測。我國棉花進口量大，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)過程中，產(chǎn)品質(zhì)量會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)量還會受到紡織纖維的水分含量影響，近紅外光譜可在線監(jiān)測粗纖維的水分含量，確保產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定性。

3 紅外光譜儀技術(shù)的最新進展與應(yīng)用展望

隨著紡織品檢測標(biāo)準(zhǔn)與要求的不斷提高，紅外光譜儀與光譜技術(shù)和計算機技術(shù)及化學(xué)計量統(tǒng)計學(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，通過發(fā)揮優(yōu)勢協(xié)同效應(yīng)，更利于提高紡織品檢測結(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技術(shù)的應(yīng)用價值[3]。

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

因辨率不夠引起的誤差，會隨著吸收強度的增加而增大，為了得到精確的檢測結(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0.18 cm，同時光譜技術(shù)水平的提高，可拓寬光譜儀在紡織領(lǐng)域的檢測應(yīng)用范圍，包括檢測有害金屬等。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化合物和混合物。加之其獨有的諸多優(yōu)點，決定了它應(yīng)用領(lǐng)域的廣闊程度。

3.2 化學(xué)計量學(xué)的應(yīng)用，解決了紅外光譜無法解決的問題

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)計方法，利用現(xiàn)代統(tǒng)計方法，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)用價值。其中經(jīng)典最小二乘法的應(yīng)用，可實現(xiàn)對纖維素填料表面木質(zhì)素與纖維素間比重的檢測。部分最小二乘法的應(yīng)用，可用于檢測PET 的形態(tài)學(xué)特征。基本成分回歸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，可實現(xiàn)光譜數(shù)據(jù)與化學(xué)信息的轉(zhuǎn)換，間接帶動了化學(xué)統(tǒng)計學(xué)的迅速發(fā)展。尤其是化學(xué)統(tǒng)計分析的引入，能夠打破紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用瓶頸，處理無法解決的問題。而作為一個新的化學(xué)計量方法，人們更加重視人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強大的記憶功能。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。未來化學(xué)計量學(xué)也會在紡織檢驗領(lǐng)域中發(fā)揮積極作用，實現(xiàn)纖維多組分的高效分析。

3.3 計算機技術(shù)的應(yīng)用，提高紅外光譜的定量分析能力

計算機技術(shù)的應(yīng)用，不僅推動了各行業(yè)領(lǐng)域的現(xiàn)代化發(fā)展進程，同時帶動了其他技術(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技術(shù)的不斷研發(fā)，開發(fā)出了的QUANT 與OMNIC 及PCR 等先進技術(shù)，由此，極大的提高了紅外光譜的定量分析能力。運用計算機技術(shù)，能對結(jié)果進行快速檢測和計算。紅外光譜技術(shù)與其他檢測技術(shù)的配合應(yīng)用，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢的整合作用，更有利于提高紅外光譜的定量分析能力。計算機能夠高效快速的處理檢測結(jié)果，同時具備分析與統(tǒng)計等功能，能夠進行物體定點分析與三維繪圖分析和化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)分析等。通過三維繪圖軟件的運用，能對膠片中添加劑的成本進行測定。隨著紅外光譜法檢測技術(shù)水平的提升，未來可有效檢測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。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代科技發(fā)展推動了紡織業(yè)生產(chǎn)與檢測水平的提升，帶動了生產(chǎn)設(shè)備與檢測裝置的革新優(yōu)化。尤其是在計算機技術(shù)與化學(xué)計量學(xué)等先進技術(shù)的支撐下，為紡織業(yè)的生產(chǎn)與檢測創(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。紅外光譜技術(shù)的定性定量分析，實現(xiàn)對紡織產(chǎn)品檢測指標(biāo)的全覆蓋，但影響檢測結(jié)果準(zhǔn)確度的因素較多，還需在積極引進新的檢測技術(shù)與設(shè)備和方法，打破限制條件的約束，提高紡織品檢測水平的同時，實現(xiàn)資源整合優(yōu)化與高效利用。