目前紡織纖維定性檢測方法有顯微鏡觀察法、燃燒法、化學溶解法、熔點試驗法、紅外光譜分析法等。這些方法都有一定的局限性和缺點。顯微鏡觀察法和 燃燒法對定性鑒別織物有一定的局限性,只能鑒別天然纖維或合成纖維大類。化學溶解法雖然能夠鑒別合成纖維具體品種及與天然纖維的混紡產品,但使用的有機溶 劑如苯酚、二甲基甲酰胺等,不僅對檢測人員身體健康有影響,存在易燃易爆的危險,而且還嚴重污染環境。紅外吸收光譜法雖然能較準確地定性鑒別紡織纖維,但 是紅外光譜分析儀對測試環境溫濕度要求相當高,樣品需進行干燥預處理,樣品制作很麻煩,檢測周期較長,不能滿足快速檢測的要求。
在拉曼光譜分析紡織纖維結構方面,近年的研究集中于以下幾個方面:復合材料的界面和基體結構的測定[1];再生蠶絲制備過程中,分子鏈規整度和取 向度變化的測定[2];絲素經酶處理后,高分子結構的變化研究[3]以及羊絨和羊毛分子結構研究[4]。而在纖維成分分析方面有如下研究:鑒別天然綠色棉 和染色棉[5];研究聚丙烯、羊毛、聚酯和一些天然纖維的鑒別方法[6-8];對染色纖維中染料的分析[9]以及比較紅外光譜與拉曼光譜對染色纖維區分的 效果[10]。可見,國內外學者雖然對拉曼光譜應用于纖維分析作了大量研究,但是還沒有學者提出拉曼光譜定性檢測紡織纖維的系統方法。本文旨在通過分析紡 織纖維拉曼光譜的特性及影響拉曼光譜分析纖維的因素,提出一套拉曼光譜定性分析紡織纖維的系統方法。
1·實驗部分
1.1實驗材料
1.1.1單組分纖維樣品
天然纖維:羊毛、蠶絲、棉、亞麻、苧麻。常規化學纖維:滌綸、錦綸(錦綸6/錦綸66)、腈綸、醋酯(二醋酯/三醋酯)、粘膠、丙綸、氨綸、芳綸、維綸。
新型化學纖維:萊賽爾、竹漿纖維、甲殼素纖維、大豆蛋白復合纖維、牛奶蛋白纖維、聚乳酸纖維(PLA)、聚對苯二甲酸丙二醇酯纖維(PTT)。
1.1.2多組分纖維樣品
棉/蠶絲(70/30),棉/錦綸(77/23),棉/滌綸(60/40),棉/聚乳酸(63/37),棉/大豆蛋白復合纖維(58/42),萊 賽爾/滌綸(83/17),萊賽爾/蠶絲(55/45),粘膠/錦綸(55/45),腈綸/滌綸(89/11)。棉/萊賽爾/氨綸(60/37/3),滌 綸/粘膠/氨綸(78/20/2),毛/滌綸/粘膠(54/28/18),滌綸/粘膠/氨綸/鍍金屬纖維(86/11/2/1),羊毛/滌綸/腈綸(57 /38/5),棉/錦綸/鍍金屬纖維(55/43/2),滌綸/腈綸/羊毛/錦綸(45/30/15/10),棉/氨綸(97/3)。
1.2實驗設備
德國Bruker公司生產的MultiRAM型FT拉曼光譜儀。
1.3實驗方法
1.3.1紡織纖維的拉曼光譜特性
采用FT拉曼光譜儀測試單組分織物及多組分混紡織物,獲得拉曼光譜圖。研究單一紡織纖維分子結構、特征基團與拉曼光譜之間的對應關系,對不同比例、不同組分的混紡織物的疊加譜圖進行分析。
1.3.2紡織纖維拉曼譜圖的預處理
對紡織纖維拉曼譜圖進行預處理,即對紡織纖維的原始拉曼譜圖依次經過一階微分、校正與自動分段、零均值化變換與分段積分以及歸一化,以使同一試樣在不同的測試條件下測得的原始拉曼光譜變換為具有更高信噪比的標準拉曼光譜。
1.3.3紡織纖維的定性檢測
首先從單組分樣品的標準化譜圖中提取特征峰的波數與強度,建立特征表和特征表庫。其次采用FT拉曼光譜儀測量未知紡織品,預處理其原始拉曼譜圖得 到標準譜圖,憑此建立特征表。再次,將待測譜圖的特征表在特征表數據庫進行匹配檢索,找到未知紡織品包含的單組分樣品,實現紡織纖維的定性分析。
1.4實驗方法
樣品測量前無需預處理,直接(或剪取少量)將其夾入FT拉曼光譜儀激光器的聚焦支架,掃描后可獲得該樣品的拉曼光譜,將獲得的拉曼光譜導入紡織纖維拉曼光譜分析軟件,即可得到定性分析結果。
2·結果與討論
2.1單組分樣品的拉曼光譜特性分析
部分品種不同但化學基團結構基本相同的纖維所對應的拉曼光譜區別較少,出現這種情況的有3類:第1類為纖維素纖維,與棉纖維譜圖相近的有亞麻和苧 麻;第2類為再生纖維素纖維,與粘膠譜圖相近的有萊賽爾纖維和竹漿纖維;第3類差別較小的譜圖有腈綸和牛奶蛋白復合纖維。如圖1~3所示。
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在相同的測量條件下,不同單組分纖維樣品獲得的譜圖其最高峰的強度相差較大。以滌綸PET與二醋酯為例,最大峰高相差25.2倍,如圖4所示。這是由于滌綸PET的分子中含有拉曼散射強度較高的苯環,而二醋酯分子結構中的基團拉曼散射強度較低。
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