本站原创摘 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（AttenuatedTotalReflection,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
Nicolet6700傅里叶红外光谱仪,美国Thermo公司,配有锗晶体ATR附件和OMNI采样器.仪器分辨率：4cm-1,扫描范围：650cm-1～4000cm-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.
2.1.3ATR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、腈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、腈纶/棉、腈纶/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1.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、腈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,以便更好地怎么写作于检测需要.