于丽丽
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摘要：
红外光谱法是当前纺织品纤维检测中一种重要的分析手段，具有常规检测方法不具备的高效、无损、全方面的特点，能够直观地鉴别各类纤维，并对纤维的结构与性能进行表征。本文就红外光谱法在纺织品纤维中 的应用进行了综述，包括纤维的定性分析、定量分析以及纤维结构与性能的分析,最后分析了当前红外光谱技术在检测中还存在的问题以及对于未来研究的展望。
关键词：红外光谱；纤维；定量分析；定性分析；结构与性能
1引言
作为纺织品生产加工的大国，纺织品制造在我国有着悠久的历史，从早 期的天然纤维的使用，到现在高性能纤维的应用，从单一组分的织物到多种材料的混合加工， 科技的进步使得纺织纤维的检测难度更进一步。一般普遍纺织品单纤维的定性分析采用的是燃烧法、电镜目测法， 混纺纱的定量分析则采用化学溶解法，即根据纤维自身的性能，采用不同的溶剂对不同纤维进行溶解，用称重法计算各组分纤维的含量。虽然 上述方法都可以准确地得到结果，但是往往耗时较长，且会对试样产生破坏，同时化学试剂的使用还会对环境产生一定的影响。红外光谱能够很好地解决传统检测方法存在的缺陷，能够简单、快速、最大程度地减少对样品的破坏，因此对于纺织品纤维的定性、定量鉴别，结构与 性能的分析和对纺织品生产过程中监测的应用越来越广泛。
2红外光谱法对纺织纤维定量研究
2.1常规方法下的纤维定量分析
近几年来国内外所研究的红外光谱分析法已经不限于纤维的定性鉴别， 同样可用于纤维的定 量分析中，且可以实现大部分的两组分混纺纤维的分析。常规的利用红外光谱定量分析的方法， 是通过特征吸收峰的强度、面积，结合标准曲线法、内标法、求解联立方程等来确定混纺中纤维 的混纺比。吴世容[11]对木棉/棉的混纺织物中木棉含量的中红外光谱研究，红外光谱中吸收峰的面 积与木棉含量的呈线性关系，因此根据所得的标准曲线可以确定木棉/棉混纺织物中木棉的含量。韩非等人[12] 同样使用了红外光谱法对棉/粘混纺纤维中棉含量进行检测，利用吸光度与含棉量呈线性关系的方程推断棉纤维含量。赵珍玉等人[13]针对纱线颜色对混纺织物红外光谱的影响，采用织物脱色、粉碎处理，再用近红外法进行线性预测，能够得到很好的检测。但是红外光谱在定量分 析中的应用效果其实远不如紫外可见光谱法，主要是其图谱具有一定的 复杂性，峰的距离太近容 易产生重叠现象，且外界条件如水分、温度、气氛等不确定因素都会对红外光谱技术产生影响， 因此红外光谱法在纤维定量分析中的应用有一定的局限性。
2.2多元校准法下的纤维定量分析
除了通过线性计算等常规的定量分析方法以外，红外光谱分析法还结合化学计量学，采用建模和光谱信号分析的方法进行纤维的定量分析。而 多元校正法又是化学计量学中的一个重要部 分，常用来解决复杂体系中的问题。目前用于近红外光谱定量分析的多元校正方法主要有主成分 回归(PCR)、人工神经网络(ANN)、偏最小二乘法(PLS)、逐步回归等[14-15]。刘荣欣[16]以毛涤混纺面料为研究对象，利用近红外光谱法，并分别结合多元线性回归、PCR、PLS分析模型对毛涤混纺面料的混纺比进行了研究，其中偏最小二乘回归分析模型的模拟结果最优。赵珍玉等[17]应用近红外光谱法对羊毛/聚酯混纺产品进行定量分析，对样品进行了分类与光谱预处理，采用PLS建立定量 分析模型，从而定量分析羊毛与聚酯混纺比。
韦树琛等人[18]针对废旧纺织品回收利用的问题，收集了各类涤纶混纺织物，在初始红外光谱图的基础上，采用PLS法建立了废旧聚酯纤维制品的近红外定量分析模型，这个模型可以检测出不含杂质的涤纶织物，对于废旧织物的回收利用起到了作 用。SHI Yao等人[19]以598件废棉涤混纺织物为研究对象，利用便携式近红外光谱仪对样品的近红外光谱进行了测定，并采用偏最小二乘法，结合一阶导数、平滑法、均值定心法和正交信号校正法， 建立了废涤棉混纺织物的定量分析模型，将近红外技术与模型相结合，可以快速准确地预测废涤棉 混纺法布里纤维的含量。Li Feng等人[20]采用近红外光谱技术对354种涤棉混纺织物进行了研究，建立了近红外定性分析模型最小二乘法与定性识别系数相结合，并将样本分为正谱样本集和斜谱样本 集两类，分别建立了近红外定性分析模型。建立模型后，根据验证结果对预处理方法和因素进行优 化，模型具有可靠性和操作性。除了上述两组分之间混纺比的测量之外，目前也有研究对于多组分（三组分及以上）混纺织物在红外光谱法的定量分析。杨欣卉等人[21]收集138个棉/涤/氨三组分的样 品，采用PLS建立该类织物纤维成分含量定量分析的校正模型，提高了多组分纤维的检测精准性。
3红外光谱法对纤维结构与性能研究
3.1纺织纤维的结构分析
在红外光谱图中，随着纤维结构中结晶度的不同，对于谱带也会产生一定影响。通常，将与结晶度成正比的谱带称为结晶谱带，与结晶度成反比的称为非结晶谱带，而与结晶度变化无关的谱带 则称为参考谱带。根据这3种谱带的特性，可以用于不同纤维结晶谱带的鉴别以及同种纤维结构的变化。付春生等人[22]研究温度对于锦纶结构的变化，通过红外光谱法技术可以发现锦纶分子中晶区与 非晶区结构的热稳定性不同，在晶区对于温度的敏感性要高于非晶区。除了结晶度以外，纤维大分子的取向度、大分子链的排列方式等都会在红外光谱图上有一定的显示。纤维分子上的某些化合物 的官能团具有一定的方向性，如果受到的光的振动不同，光谱图也会有所不同，从而可以研究大分 子链的取向结构和取向度。耿响等人[23]应用PLS分别建立了棉、麻纤维取向度的定量分析模型，通过该模型可以预测棉、麻取向度的大小，由此来鉴别两种纤维。在棉纤维的生产过程中，棉纤维的 成熟度会影响到纺织品的质量，在不同成熟阶段的棉纤维，其含有的纤维素的含量会有所不同，则 在红外光谱吸收谱带的强度也会有所不同，因此可以通过红外光谱测试棉纤维的组分含量，对生产 加工过程在棉纤维的成熟度进行控制。棉纤维在不同成熟阶段，其纤维素与非纤维素物质的含量不 同，采用红外光谱法对纤维素含量的检测，可以判断棉纤维的成熟度，从而加以控制。
3.2纺织纤维性能分析
纤维经过物理、化学等处理方式进行改性，这种改性往往会造成纤维大分子链的变化、化学成 分的改变，通过红外光谱法的检测，可以从特征吸收峰强度的变化推断出纤维性能的变化。张铄等 人[24]用傅里叶变换衰减全反射红外光谱技术研究了亚麻纤维的一维和二阶导数红外光谱随温度变化 的情况，从而分析了亚麻纤维的热稳定。纤维的回潮率或者含水率同样对于产品的质量有一定的影 响，常规方法是采用烘干法，但是这种方法存在时间长、易受环境影响等缺点，而红外光谱法却可 以简单地判断出水分的含量，根据水的特征吸收峰的强度进行判断，因此在棉纤维的生产中，可以 采用红外光谱对棉纤维中的含水量进行监测，达到产品质量的可控性[25]。
4结语
红外光谱技术的发展，已经使红外光谱在纺织品中的应用不仅仅局限在了化合物组成推断的阶段，红外光谱技术与其他检测方式的结合，使纺织品检验的精准性、多样性得到提高，例如红外光谱技术与色谱、质谱的联用，显微镜观察法的结合等。红外光谱法应用的不断拓展，为推动传统纺织业技术的发展和进步起到了重要作用。但因为纺织用纤维的多样性和复杂性，使得红外光谱在纺织检测中的应用也存在一定的局限性。红外光谱法分析最重要的部分是对于样品红外光谱图的大量采集和模型的建立及校正，如果想要获得更加精准的结果，需要花费较多的时间；且由于红外仪器的不同，想要得到准确的校正模型也比较困难，同一个模型有时候不能适用于对应纤维的检测，且对于不同的织物组织结构，加工过程中染料、助剂的添加对于红外光谱的检测分析都有一定的影响，因此需要更深一步的研究与发展。
参考文献：
[1]魏峰,杜锋,黄轩,等.红外光谱法鉴别动物毛纤维[J].毛纺科技,2017,45(11):65-69.
[2]朱军军,石东亮.木棉和棉纤维的鉴别方法探讨[J].中国纤检,2012(3):72-73.
[3]王戈,黄安民,胡小霞,等.利用近红外光谱鉴别纺织用竹纤维和麻纤维[J].光谱学与光谱分析,2010,30(9):2365-2367.