竹浆纤维的二维相关红外光谱鉴别研究

2013-08-29钱微君邝湘宁蔡忠波

山东纺织科技 2013年1期

钱微君，邝湘宁，蔡忠波

（宁波市纤维检验所，浙江宁波 315048）

竹浆纤维和粘纤都是由浆粕纺丝而成的再生纤维素纤维，具有十分相似的结构和性能。刘贵等［1］、马顺彬等［2］、张涛等［3］都对二者的鉴别方法进行了研究，得出使用燃烧法、溶解法、显微镜观察法、药品着色法等常规方法都不能鉴别竹浆纤维和粘纤。此外，隋淑英等［4］利用X 射线衍射法对竹浆纤维进行了研究分析，得出X 射线衍射法也不能鉴别竹浆纤维和粘纤。

二维相关红外光谱技术是通过多脉冲技术激发核自旋，采集时间域上原子核自旋驰豫过程的衰减信号，经双傅里叶变换得到的。其显著的特点是将光谱信号扩展到第二维上以提高光谱分辨率，简化含有许多重叠峰的复杂光谱，通过选择相关的光谱信号鉴别和研究分子内和分子间的相互作用。因此，本文采用红外光谱法，并结合二维相关红外光谱技术，对竹浆纤维和粘纤进行了快速、实时的鉴别研究。

1 实验

1.1 样品的制备

纤维试样：竹浆纤维、粘纤。

将纤维用纤维切片器切成粉末状，称取样品粉末约2mg，与KBr按大约1∶50进行混合后，制成KBr压片，并装在变温附件的样品架上测定。

1.2 仪器条件

Tensor 27 型红外吸收光谱仪，光谱范围4000～400cm-1，DTGS检测器，分辨率4cm-1，扫描次数16次，扫描速度为10KHz，扫描时实时扣除水和CO2的干扰；高温池控温范围：室温～100℃。采用变温附件和控制装置测定光谱图，从30～100℃每间隔10℃进行采样。

1.3 二维相关红外光谱处理

采用附带在仪器分析软件上的二维相关分析软件进行分析处理。

2 结果与讨论

2.1 竹浆纤维和粘纤的一维红外光谱比较

图1 30℃／100℃下竹浆纤维／粘纤的一维红外光谱图

在30℃和100℃下对竹浆纤维和粘纤进行红外透过测定，结果见图1。从图1中可以看出，竹浆纤维和粘纤的一维红外光谱图没有明显差异。其中各谱峰的指认如下：3400cm-1为O—H 的伸缩振动峰，2900cm-1为CO2的伸缩振动峰（高温时出现），1650cm-1为H—O—H 的弯曲振动峰，1370cm-1为C—C的骨架振动，1022cm-1包含有C—O—H 弯曲振动，892cm-1为CH2的面外弯曲振动。

对30～100℃（每隔10℃扫描一次）下竹浆纤维和粘纤进行红外透过测定，结果见图2。从图2中可以看出，粘纤在2900cm-1附近随着温度的增加出现一个较弱峰。

图2 不同温度下竹浆纤维／粘纤红外光谱图（30～100℃）

2.2 竹浆纤维和粘纤的二维相关红外光谱分析

竹浆纤维和粘纤在2500～3000cm-1区域的二维相关红外光谱图见图3。左边为竹浆纤维和粘纤的同步相关立体图，右边为同步二维相关平面图，图中深色相关强度等高线为正相关峰（即对温度较敏感），浅色的相关强度等高线为负相关峰。同步相关峰代表了以氧化时间为变量的红外光谱中的基团振动峰取向结构一致。同步相关图中，主对角线上自相关峰的出现表明所对应的振动峰随着氧化的进程而变化，对角线两侧交叉峰的出现表明其对应在X和Z轴上的一对基团振动峰的强度变化在氧化过程中是彼此相关的。

图3 在2500～3000cm-1区域的同步相关立体图和二维相关红外光谱图

基于以上相关原理，对图3所示的二维相关谱图进行分析，在2900cm-1附近粘纤比竹浆纤维对温度的敏感程度要强，所以在上面的一维红外光谱图中表现出一个弱峰。

图4 在800～1400cm-1区域的同步相关立体图和二维相关红外光谱图

图4为竹浆纤维和粘纤维在800～1400cm-1区域的二维相关红外光谱图。从图4 中可以看出，在此区域中竹浆纤维表现出在X 轴900cm-1附近（对应Z轴的1300cm-1和900cm-1附近）对温度敏感程度较粘胶纤维弱，说明竹浆纤维和粘纤在1400～800cm-1区域的同步图中表现出了一定的差别。另外，从左边的立体图中可以看出竹浆纤维和粘纤的峰强度也存在一定的差异性，即竹浆纤维在X 轴900cm-1附近比粘纤多了一个小峰。