随着我国现代棉纺织工业的发展, 棉纺织品的质量检测越来越受到人们的重视。棉纺织品质量的常规检测受人为因素影响较大, 且准确度不高。红外光谱 (Infrared Spectroscopy, FTIR) 具有方便、快捷的优点而被广泛应用于棉纺织品的质量检测, 但相关的综述研究报道较少。
根据检测方法的不同, 红外光谱主要包括近红外光谱 (Near Infrared Spectroscopy, FTIR-NIRS) 、中红外光谱 (Mid-infrared Spectroscopy, FTIR-MIR) 、红外光声光谱 (Infrared Photoacoustic Spectroscopy, FTIR-PAS) 等。
本文主要综述了近年来FTIR在棉纺织工业中的应用研究进展。
1 FTIR在含棉混纺织物的定量研究的应用
FTIR广泛应用在棉/涤、涤/棉、棉/氨、木棉/棉、棉/麻、棉/粘、棉/涤/氨等混纺织物的定量研究领域。
1.1 FTIR在棉/涤或涤/棉混纺织物的定量研究中的应用
1.1.1 FTIR-NIR S在棉/涤或涤/棉混纺织物的定量研究中的应用
FTIR-NIRS结合偏最小二乘法 (PLS) 广泛应用于棉/涤或涤/棉混纺织物中棉含量的计算, 其关键是数学模型的建立。柴金朝等首先利用PLS建立定量校正模型。实验发现对光谱进行SNV (矢量归一化) 预处理所建模型最好。王动民等则建立了4个棉/涤混纺织物中棉成分定量分析模型。结果表明:经过First derivative预处理后的光谱数据, 结合PLS建立的模型具有较高的分析精度。桂家祥等人则利用PLS法分段建立定量模型。唐长波则对涤/棉混纺织物原始光谱采用不同的数据处理方法。
1.1.2 FTIR-MIR在涤/棉或棉/涤混纺织物定量研究中的应用
陶丽珍等采用FTIR-MIR (KBr压片) 研究了涤/棉混纺比。实验发现, 2 900 cm-1 (νC-H) 、1 717 cm-1 (νC=O) 和721 cm-1 (ρCH2) 特征吸收峰面积与涤/棉混纺织物中涤纶含量的线性关系不明显。因此, 以上3个特征吸收峰面积为参量, 构建了6个特征值, 其中第6个特征值 (K6=A721/ (A721+A2 900) ) 与涤纶含量的线性相关性最好。颜丽等利用FTIR-MIR (ATR附件) 开展了棉/涤混纺面料中棉含量的研究。采用多元逐步回归法做回归分析, 对中红外光谱数据采用中心化和一阶导的预处理方法, 建立数学模型, 检测精度达到较高水平。
1.1.3 FTIR-PAS在棉/涤混纺织物定量研究中的应用
钱和生等采用FTIR-PAS开展了棉/涤混纺织物中涤定量研究。棉/涤混纺织物中1 725 cm-1频率处 (νC=O) 的峰高和2 915 cm-1频率处 (νC-H) 峰高的比值, 与棉/涤混纺织物中涤的百分含量成线性关系。实验结果表明, FTIR-PAS测定的结果与化学法的结果较为吻合。
1.2 FTIR-NIRS在棉/氨混纺织物定量研究中的应用
棉/氨混纺面料有棉的优点, 又具有一定的弹性。杨萌采用FTIR-NIRS对棉/氨纶混纺织物中氨纶进行含量分析。首先采用First derivative对光谱进行预处理, 利用PLS建立模型。所建立的模型相关系数达到0.993 89。
1.3 FTIR-MIR在木棉/棉混纺织物定量研究中的应用
木棉/棉的化学溶解性能相似, 很难通过常规的化学方法进行定量分析。吴世容采用FTIR-MIR (KBr压片) 开展了木棉/棉的混纺织物中木棉含量的定量研究工作。实验发现, 1 732 cm-1 (νC=O) 频率处特征吸收峰面积与木棉含量的线性关系明显。以νC=O频率处的特征吸收峰面积对木棉/棉混纺织物中的木棉含量作了定量分析, 得出了线性关系较好的标准曲线。
1.4 FTIR在棉/麻混纺织物定量研究中的应用
棉/麻混纺织物拥有棉料和麻自的优点, 还具有环保、透气等优势。孙通等采用FTIR-NIRS联合变量优选对棉/麻混纺织物中的棉含量进行快速检测研究。试验结果表明:FTIR-NIRS测试结果与传统检测方法结果间的相关系数为0.992, 拟合效果较好。
1.5 FTIR-NIRS在丝/棉混纺织物定量研究中的应用
丝/棉混纺面料光泽结合了丝绸的柔和以及棉的清新。潘璐璐等采用FTIR-NIRS并利用PLS法分别建立丝/棉混织物中丝含量的定量校正模型。
1.6 FTIR-MIR在棉/粘混纺织物定量研究中的应用
棉/粘混纺在混纺织物中占据着较大比例, 而其定量研究有重要的经济价值。韩飞等人采用FTIR-MIR (KBr压片) 开展了测试棉/粘混纺织物中棉含量的研究。以特征峰 (1 281 cm-1和1 429cm-1) 为参数构建的比特征值 (A128 1/ (A128 1+A142 9) , y1=1.165 40-2.249 45 x, R1=0.995 89) 。其中, y1与棉/粘混纺织物中棉含量具有较好的线性关系。
1.7 FTIR-NIRS在棉/涤/氨混纺织物定量研究中的应用
棉/涤/氨是常见的三组分织物纤维组合, 而棉/涤/氨三组分的定量研究相关文献报道较少。杨欣卉等人采用FTIR-NIRS技术, 利用PLS建立了棉/涤/氨三组分混纺织物纤维成分含量分析的预测模型, 可满足定量分析的精度要求。
1.8 FTIR-NIRS在棉制品定量研究中的应用
纺织品中的含棉量是衡量棉制品品质的一个重要因素, 传统的技术很难对其做出准确的定量判断。陈斌等采用FTIR-NIRS结合PLS建立了棉制品中棉含量的校正模型。李海洋等采用FTIR-NIRS开展了的废旧纺织品含棉量的研究。又用多模型方法建立了废旧纺织品棉含量的近红外光谱分析模型。
2 FTIR在棉/化纤鉴别方面的应用
FTIR广泛应用在棉/化纤、棉/木棉、棉/麻、天然彩棉等植物鉴别研究领域。
2.1 FTIR-MIR在棉/化纤混纺织物鉴别方面的应用
棉/化纤混纺织物的鉴别是纺织品进出口检验的重要内容之一。李雅芝等于20世纪80年代, 在国内就率先采用FTIR-MIR (KBr压片) 开展涤/棉、维/棉、丙/棉、睛/棉、粘/维、丙/粘和涤/维等的鉴别研究工作。
2.2 FTIR-MIR在棉/木棉纤维鉴定方面的应用
棉/木棉均为天然纤维素, 而传统的鉴别方法繁琐。朱军军等采用FTIR-MIR (ATR附件) 开展了棉/木棉的快速鉴别研究工作。实验发现:尽管棉及木棉纤维的红外光谱比较接近, 但木棉纤维在1 732 cm-1频率处发现了特征吸收峰 (νC=O) , 这主要是因为木棉纤维中酯类或羧酸类衍生物的含量要高于棉纤维。
2.3 FTIR在棉/麻纤维鉴定方面的应用
棉/麻同样均为天然纤维, 而其常规鉴别方法繁杂。耿响等采用FTIR-NIRS开展了棉/麻纤维鉴别研究。应用PLS建立棉/麻纤维取向度定量分析模型, 利用该模型可对棉/麻纤维的取向度进行预测。钱微君等则采用一维中红外光谱法 (Onedimensional FTIR-MIR) 并结合二维相关中红外光谱 (2D-FTIR-MIR) 分析技术, 对棉纤维和麻纤维进行鉴别研究。于宏伟等人则采用2D-FTIR-MIR成功的开展了棉/苎麻纤维的鉴别研究。
2.4 FTIR-NIRS在天然彩棉鉴别方面的应用
天然彩棉的传统鉴别方法主要包括X射线衍射方法、电感耦合等离子体发射光谱法等, 但上述方法样品处理繁琐。刘苔苔等采用FTIR-NIRS结合模式识别方法开展了天然彩色棉真伪的鉴别研究。江苏大学陈斌等则采用了二维相关近红外光谱分析技术 (2D-FTIR-NIRS) 开展了混合棉) 、染色绿棉、天然绿棉2D-FTIR-NIRS的研究。实验发现, 4组绿棉的2D-FTIR-NIRS的自动峰和交叉峰的数目、频率及相对峰强均有明显的差异。红外光谱技术在其他纺织工业中同样也有很多的应用。
3 结语
FTIR广泛应用于棉纺织工业中定量、定性及鉴别的各个领域。本文所综述的近几年来FTIR在棉纺织工业中的最新研究进展, 为我国纺织工业快速发展, 提供了有意义的科学借鉴。
