紫外可见分光光度计在生态纺织产品检测中的应用

2022-02-24骆迎华林圣光

纺织检测与标准 2022年1期

陈璐，骆迎华，林圣光

（上海市质量监督检验技术研究院，上海200040）

0 引言

随着环境保护工作的不断推进，生态环保理念逐渐深入人心，人们意识到环境的承载能力被大大削弱，大量资源的消耗对环境产生了巨大的破坏，如果不加以改善，未来环境的发展趋势将无法想象，急需将可持续发展的概念融入到各行各业中。因此，越来越多的消费者顺应“绿色、环保”的消费潮流，倾向于购买对人体和环境无毒无害的消费品。在日常消费需求较大的纺织品领域也融入了这种生态环保的消费理念，人们开始使用生态纺织产品。这些产品主要包括直接或间接与皮肤接触、或与口腔接触的服装、服饰、毛巾、床上用品、鞋袜、帽子、手套等各种纺织产品[1]。生态纺织产品的出现促进了纺织市场的进步，推动着检验检测机构对生态纺织品检测分析技术的研究和开发。

此外，许多国家、国际性组织、行业协会也推出了一些法律法规和标准来支持和引导生态纺织产品的发展。生态纺织产品的生产、供应和经销企业面对这些法律法规和标准的要求，需要对其产品进行环保测试以便控制产品的品质。在经济全球化的大背景下，纺织产品在进口或出口前都需要进行环保检测，一方面避免出现贸易争端，另一方面可以维护自身利益。

由此可见，生态纺织产品检测在保护生态环境、人类健康和生态纺织品的生产、供应和经销企业以及消费者利益等方面都起着保护屏障的作用，在促进社会可持续发展方面起着不可或缺的作用。

1 生态纺织产品

1.1 生态纺织产品检测的现状

人们消费观念的改变和对纺织产品质量追求的提高，促进了很多法律法规以及国际、国家、地方、行业标准的制定及应用。为了使纺织产品品质得到保证和提升，相应的检测分析技术也随之涌现，并不断强化。

在生态纺织产品所用检测仪器方面，人们研究出了精密而准确的检测分析仪器，并已经投入使用。目前，大部分精密仪器都引入了计算机操作，减小了系统误差，使得检测结果更加精准，而且在数据统计方面效率大大很高。在大数据的背景下，国内外检测技术人员对生态纺织产品的检测技术和方法的了解及掌握比较透彻。

目前，国内外关于生态纺织产品的法律法规和标准颇多，他们对产品的原料和产品都提出了明确的要求，从而达到严格把控产品品质的目的。国际上，生态纺织品协会（Oeko-Tex）对生态纺织产品本身提出了生态标签；欧盟从纺织产品原料、生产以及产品本身提出了生态标签；我国对生态纺织产品也有对应的技术和检测要求。

1.2 生态纺织产品检测的内容

对于生态纺织产品的原料、生产过程的产品及最终产品本身，目前主要的检测项目包括甲醛、致癌/致敏染料、偶氮、pH值、含氯有机载体、可萃取重金属、挥发性有机化合物、镍释放、阻燃剂、六价铬、邻苯二甲酸酯、农药残留、烷基酚、五氯苯酚和四氯苯酚、多环芳烃、有机锡、全氟辛烷磺酸/全氟辛酸、多氯联苯/多氯三联苯/多氯化萘、臭氧破坏物质等。鉴于生态纺织产品的产品特性，其产品的检测项目涉及范围较大，因而需要使用的检测仪器也较多，主要有紫外可见分光光度计（UV-vis）、气相色谱（GC）、气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）、pH 计、原子吸收光谱仪（ICE）、液相色谱仪（LC）、液相色谱-质谱联用仪（LC-MS）等[2]。利用紫外可见分光光度计仪器进行检测，不但操作简单，而且试验结果的精密度和重复性都比较好，因而被广泛应用于生态纺织产品的检测分析中。

2 紫外可见分光光度计

1940年美国Beackman公司研制成功了第一台紫外分光光度计，并于1945 年成功推广和规模化生产。随着科学技术的发展进步，紫外分光光度计仪器得到深入的开发和研究。目前，作为最为实用的分析工具之一，其使用最多，覆盖面最广，几乎每个分析实验室都会应用到，被广泛应用于生命、环境、材料、农业、食品等科学领域。利用紫外分光光度计仪器，可以对物质进行定性分析、定量分析、结构分析以及纯度分析，是环境检测、食品检测、产品质量检测、生态纺织产品检测等检测领域必备的仪器，但在生态纺织品的检测中，它主要用于甲醛及重金属的定性和定量分析。

紫外可见分光光度计仪器根据其结构一般可分为单光束、双光束、准双光束以及双波长四类，其中双光束紫外可见分光光度计使用较多[3]。而双光束紫外可见分光光度计又可分为两种类型，即：两束单色光+两只比色皿+两只光电转换器；两束单色光+两只比色皿+一只光电转换器。后者在国内外的高档双光束紫外可见分光光度计仪器中应用较为普遍。

紫外可见分光光度计仪器主要由电光源系统、外光路系统、分光系统、光度室系统、光电转换系统、放大器系统和数据处理、打印输出等7 个系统组成[4]。

2.1 紫外可见分光光度计的原理

物质原子或分子中的电子吸收一定能量（一定波长）的辐射发生电子能级跃迁，形成物质吸收光谱。由于不同物质分子对紫外可见光谱区（波段范围150～800 nm，具体划分详见表1）辐射吸收强度不同，因而利用这一特性可以使用紫外分光光度法对物质进行定性、定量以及结构的分析。

表1 紫外可见光谱区类型

光吸收定律，也就是朗伯-比耳定律（Lambert-Beer），现在人们一般称它为比耳定律。在入射光波长、强度以及溶液温度等保持不变的情况下，当一束平行单色光通过均匀、非散射的某一有色溶液时，该溶液的吸光度A与质量浓度C（mol/L）和光通过溶液的光程b（cm）乘积成正比，摩尔吸光因数为K（L·mol-1·cm-1），可以用公式表示为A=KbC。

2.2 紫外可见分光光度计的特点

2.2.1 适用浓度范围广，准确度高

使用紫外可见分光光度计仪器进行分析，其检测的质量浓度范围很广。在痕量分析时，质量浓度范围为10-8%～10-6%；在常量分析过程中，质量浓度范围可在1%～50%。应用紫外可见分光光度计仪器分析时的相对误差为1%～3%，甚至可减少到千分位。

2.2.2 应用广泛

紫外可见分光光度计仪器广泛应用在生命、环境、材料、农业、食品等科学领域。大部分化学元素以及特殊的化学键在紫外可见分光光度区有不同程度的吸收，因而利用分光光度计的原理可以制定合适的显色条件对大部分物质进行分析。在纺织行业，由于条例法规对物质的限量以及新的染料和染料助剂的合成要求，紫外分光光度法被广泛应用于生态纺织品检测领域。

2.2.3 操作简便

使用紫外可见分光光度计仪器一般可以归纳为3 个步骤：一是配制需要的溶液；二是将空白溶液放入吸收池进行测试，对仪器进行调零；三是将待测液放入吸收池进行测定，且操作简便、快速。

2.2.4 分析成本低

相对于其他分析仪器，紫外可见分光光度计仪器价格不是很贵，在使用过程中，除了氘灯和钨灯耗损较大外，其余零部件的损耗却很少。国产氘灯寿命为500～800 h，单价约为200 元/只，而进口氘灯寿命为1 000～2 000 h，1 800～3 800 元/只。另外，钨灯正常的使用寿命一般超过10 000 h。由此可见，紫外可见分光光度计仪器的使用成本较低，因而分析检测的成本也不高。鉴于生产纺织品的企业大多为中小企业，且利润率不高，因而应用紫外可见分光光度计仪器对生态纺织产品进行检测可以降低企业用于分析检测的成本。

2.3 紫外可见分光光度计在生态纺织产品检测中的应用

当分子中存在生色基团（发色基团）或者助色基团时，辐射会引起分子中电子能量的改变。常见的生色基团有碳碳双键、碳氧双键、碳氮三键、氮氮双键、氮氧双键、碳硫双键等，助色集团有羟基、氨基、氰基、卤族元素等。这些基团的存在或者通过反应生成发色基团，可以采用分光光度法对生态纺织产品中的甲醛、重金属等项目进行分析检测，详见表2。

表2 生态纺织产品中用紫外分光光度计检测项目

2.3.1 定性分析

紫外可见光检测某一物质时，物质中的分子或原子吸收某一特定波长的光能，分子振动能级和电子能级发生相应的跃迁。由于每种物质原子、分子及分子空间结构不同，对光能的吸收情况也不同，所以每种物质的光谱曲线都有特殊性，可以根据波形图以及光谱曲线中特征波长处的最大吸收峰值来判断某种物质的存在。生态纺织产品原材料中可能会含有一些残留的重金属等有害物质及后整理加工过程中添加的一些助剂，因而可以利用紫外分光光度法进行分析检测，或辅助其他检测手段进行分析。

2.3.2 定量分析

纺织产品在生产加工过程中，甲醛常作为防皱整理助剂用于抗皱免烫整理、提高色牢度、涂料印花的交联剂等，因而最终生产出的产品中可能会有甲醛残留。甲醛是一种对人体健康有危害的物质，会对人体皮肤和呼吸道产生刺激，引发过敏、诱发癌症等。由于甲醛在酸性条件下可与乙酰丙酮及铵离子反应，生成黄色的显色化合物，在波长为412 nm 处会根据其黄色物质质量浓度的不同而对光表现出不同的吸收强度，因而可以用紫外分光光度法对生态纺织产品中的甲醛进行检测。用分光光度计法检测生态纺织产品中的甲醛，试验步骤简洁明了，且操作简便，检测精确度高，结果重复性好，是检测机构常用于甲醛检测的分析方法，也是企业对产品中是否含有甲醛的一种常用的自检方法。