红外光谱技术在纺织品检测中的应用研究

刘冰欣

（淮安市纤维检验所，江苏淮安 223001）

在现代科技发展的带动下，红外光谱技术在纺织等行业领域的应用越发普及，并获得了良好的成效。通过覆盖性测定纺织品中的化合成分与聚合纤维，实现对纺织品质量的有效控制。红外光谱仪的定性定量分析技术应用，可满足各类产品的检测需求，在纺织领域的检测应用价值较高，值得深入研究。

1 红外光谱分析技术的发展现状

1.1 分析技术的内容

红外光照射织物样品时，被吸收的红外光会结合样品中的某些成分，组成织物材料的分子变形，从而产生近红外光谱。红外光谱法不会损坏面料与产生环境污染，仪器购买与使用的成本低，同时具备线上测试的功能。仪器操作简单，对操作员的专业知识技能水平要求低。受技术缺陷的影响，直接限制了红外光谱法的检测对象与应用范围。同时受间接测量方法的限制，检测精度的上升空间相对较小。但红外光谱分析技术仍是纺织品成分检测的理想选择。

1.2 发展近况

近红外光谱技术的应用范围相对较广，在纺织品测试领域的应用，仍处于摸索性前进阶段，随着技术水平的提升，在纺织工业质量控制方面的作用价值逐步加强，更利于推动我国纺织工业的现代化发展。

1.3 发展中的问题

近红外光谱在光纤检测领域中的作用价值发挥相对局限。校准模型是近红外光谱分析法的关键部分，模型的建立需测试校正参数集的属性与收集校准样品的近红外光谱，以确保模型建立的精度。由于无法在校准模型中消除设备间的干扰。因此，会面临着在设备间转换校准模型等方面的问题。影响光纤产品的近红外光谱结果的因素较多，包括纺织品的结构等因素，导致检测结果不尽理想[1]。

2 红外光谱技术在纺织品检测中的应用

2.1 红外光谱定性分析

红外光谱定性分析适用于纤维鉴别与涂层和表面整理剂及其他物质的分析，各种纺织纤维与助剂和燃料及涂层的化学基团相对独特，测定出红外谱图后，通过比较标准的图谱，可准确判定出物质的成分。首先，可用于鉴别纤维。红外光谱鉴别纺织材料的技术相对成熟，通过识别各纤维独特的官能基团的特征峰，实现对纺织纤维的检测。红外光谱分析技术可在无需制样或未破坏样品的前提下，直接鉴定纺织纤维。同时在不损坏样品与快速直接检测等方面的优势特征，都是显微镜红外技术等常规光谱方法不能比拟的。其次，可用于分析涂层与整理剂。参照GB/T 30666—2014《纺织品涂层鉴别试验方法》，联合应用衰减全反射法与傅立叶红外光谱仪计算机和新兴仪器辅件，可快速检测出聚氨酯复合型化纤涂布成分及化纤涂布的聚酯成分。可以用光声光谱测定技术，检测出纺织品中的荧光增白剂。

2.2 红外光谱定量分析

定量检测是我国纺织品常用的检测方法，但在实践应用中存在较多的限制条件。根据检测技术人员的主观经验对纤维做出定性，利用显微镜辨别纤维形态，或是依据纤维燃烧的气味与性状，针对性的处理纤维，利用化学试剂试验，快速达到纤维种类的判定目的。在此操作过程中，对人员经验与设备性能和试剂种类及试验温度等方面的要求较高。同时定量分析的流程复杂繁琐，直接影响纤维成分的检测结果[2]。

首先，可用于检测纤维成分。红外光谱定量分析技术在实际应用中，可通过测量特征吸收谱代，了解纤维组分的含量。同时混合物中的物质比例与其他特征红外吸收强度成正比。方法要点体现在以下几方面：混合物中每种物质都存在无重叠的特征吸收谱带；谱带的吸收强度，与被测物质的浓度，存在线性关系；选择的谱带，需具备较大的吸收系数，周围不存在其他吸收带，避免检测结果受到干扰；基线法测定吸光度。红外光谱定量分析技术在纤维成分检测中的应用体现，如下所示：一是定量检测棉/尼龙混纺，参照棉与尼龙红外光谱的标准校准曲线，可根据棉与尼龙在曲线对应的特征吸收强度了解其含量。二是定量检测涤/棉混纺，可利用光声法溴化钾压片或透射法，定量检测涤/棉混纺中的涤纶含量，发现涤的含量，与特征峰的吸收强度无线性关系，但与吸收强度和峰宽的乘积存在线性关系。三是定量检测腈/棉混纺，可采取特征峰吸收强度对应纤维含量的方法，腈纶的特征峰与棉的特征峰所建立的回归方法，存在较高的相关系数。除此之外，红外光谱法同样适用于尼龙材料中的玻纤含量检测与腈/毛混纺、毛/棉混纺、毛/涤混纺的定量检测。

其次，可用于测定纤维取向度与结晶度。在红外光谱图中，各谱带所反映的高聚物结构变化明显不同。不同的谱带会随着结晶度的增加，出现强度增加或减弱的变化。在谱带不变与结晶情况变化的参照前提下，将结晶度与谱带强度变化呈正相关的谱带，当作是结晶谱带，呈负相关的谱带，当作是非晶谱带。因此，可根据各谱带的情况，了解高聚物的结晶结构及变化现象。将偏振器加入红外光谱仪的测量光路内，获得纤维的偏振红外光谱，根据偏振红外光谱图，可判定纤维的取向度。同时可根据谱带的二向色性比与纤维的取向函数，判定出纤维的取向度。

最后，可用于测定棉花成熟度与产品回潮率。近红外光谱仪联合化学计量法，可测定出纺织品的回潮率。近红外光谱分析技术，同样适用于棉的纤维强度与横截面积及马克隆值等指标参数的测定。

2.3 其他应用

红外光谱分析技术的优势特征明显，可用于光纤产品的数量与质量分析，还可用于光纤的质量与制造过程的检测。我国棉花进口量大，但棉花原料的质量参差不齐，近红外光谱技术可有效分析纤维成分与检查棉夹杂物。棉花在生产过程中，产品质量会直接受到棉纤维成熟度的影响，在不同成熟阶段，棉花的纤维素与非纤维素材料的含量也存在明显差异。产品质量还会受到纺织纤维的水分含量影响，近红外光谱可在线监测粗纤维的水分含量，确保产品生产质量稳定性。

3 红外光谱仪技术的最新进展与应用展望

随着纺织品检测标准与要求的不断提高，红外光谱仪与光谱技术和计算机技术及化学计量统计学等学科的整合越发密切。尤其是质谱仪与色谱仪及光纤探头等设备的整合应用，通过发挥优势协同效应，更利于提高纺织品检测结果的可靠性与准确度，继而充分发挥纺织品红外光谱检测技术的应用价值[3]。

3.1 光谱技术的应用，拓展了红外光谱仪的检测应用范围

因辨率不够引起的误差，会随着吸收强度的增加而增大，为了得到精确的检测结果，要求光谱仪分辨率的参数值，应当低于分析物的吸收宽度值。目前，光谱仪分辨率可达0.18 cm，同时光谱技术水平的提高，可拓宽光谱仪在纺织领域的检测应用范围，包括检测有害金属等。红外光谱主要是反映C-H、O-H、N-H、S-H 等化学键的信息，因此分析范围几乎可覆盖所有的有机化合物和混合物。加之其独有的诸多优点，决定了它应用领域的广阔程度。

3.2 化学计量学的应用，解决了红外光谱无法解决的问题

由傅立叶红外光谱仪可得到线性范围较宽与高信噪比的数字化红外光谱，联合部分最小二乘法与基本成分回归和反最小二乘法等现代统计方法，利用现代统计方法，能定量分析和研究红外光谱，更利于发挥红外光谱定量分析技术的应用价值。其中经典最小二乘法的应用，可实现对纤维素填料表面木质素与纤维素间比重的检测。部分最小二乘法的应用，可用于检测PET 的形态学特征。基本成分回归与部分最小二乘法的应用，能够定量分析二甲苯异构体。引入多变量校正法，更利于提高红外定量与定性分析的能力。傅立叶转换红外光谱仪的应用，可实现光谱数据与化学信息的转换，间接带动了化学统计学的迅速发展。尤其是化学统计分析的引入，能够打破红外光谱技术的应用瓶颈，处理无法解决的问题。而作为一个新的化学计量方法，人们更加重视人工神经网络强大的记忆功能。利用神经网络法鉴定红外光谱，极大的提高了红外定量分析和定性分析能力。未来化学计量学也会在纺织检验领域中发挥积极作用，实现纤维多组分的高效分析。

3.3 计算机技术的应用，提高红外光谱的定量分析能力

计算机技术的应用，不仅推动了各行业领域的现代化发展进程，同时带动了其他技术水平的不断提高，拓展了相关技术的应用范围。随着红外光谱仪检测技术的不断研发，开发出了的QUANT 与OMNIC 及PCR 等先进技术，由此，极大的提高了红外光谱的定量分析能力。运用计算机技术，能对结果进行快速检测和计算。红外光谱技术与其他检测技术的配合应用，发挥技术优势的整合作用，更有利于提高红外光谱的定量分析能力。计算机能够高效快速的处理检测结果，同时具备分析与统计等功能，能够进行物体定点分析与三维绘图分析和化学反应的动力学分析等。通过三维绘图软件的运用，能对胶片中添加剂的成本进行测定。随着红外光谱法检测技术水平的提升，未来可有效检测出纺织品中的偶氮染料与甲醛添加剂等有毒有害物质，更利于纺织品生产质量的持续改进。

4 结束语

现代科技发展推动了纺织业生产与检测水平的提升，带动了生产设备与检测装置的革新优化。尤其是在计算机技术与化学计量学等先进技术的支撑下，为纺织业的生产与检测创造了有利的条件，促使纺织业的生产质量持续改进。红外光谱技术的定性定量分析，实现对纺织产品检测指标的全覆盖，但影响检测结果准确度的因素较多，还需在积极引进新的检测技术与设备和方法，打破限制条件的约束，提高纺织品检测水平的同时，实现资源整合优化与高效利用。