近紅外光譜技術(shù)在紡織產(chǎn)品檢測(cè)的應(yīng)用
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紅外光又稱為紅外輻射，處于可見(jiàn)光譜紅光外側(cè)，比可見(jiàn)光波長(zhǎng)長(zhǎng)、能量低，波長(zhǎng)為780～2500nm，又可分為短波（800～1100nm）和長(zhǎng)波（1100～2500nm）兩個(gè)區(qū)域。近紅外光譜主要反映的是含氫基團(tuán)X-H振動(dòng)的合頻和倍頻吸收，可以對(duì)具有含氫基團(tuán)的有機(jī)化合物樣品進(jìn)行研究分析，所以在分析的領(lǐng)域中有著良好的應(yīng)用前景。20世紀(jì)上半葉，由于近紅外儀器技術(shù)發(fā)展緩慢，近紅外光譜技術(shù)的研究?jī)H停留在實(shí)驗(yàn)室階段，沒(méi)有得到實(shí)際的應(yīng)用。到了20世紀(jì)50年代中后期，近紅外設(shè)備的初步發(fā)展，Norris等在近紅外上做了大量的研究工作，近紅外光譜技術(shù)開(kāi)始在農(nóng)副產(chǎn)品檢測(cè)方面得到應(yīng)用。直到20世紀(jì)80年代后期，隨著近紅外光譜檢測(cè)設(shè)備技術(shù)的發(fā)展及其與化學(xué)計(jì)量學(xué)方面的結(jié)合，使得近紅外光譜分析技術(shù)在農(nóng)業(yè)、食品、制藥和石油化工等行業(yè)得到迅速發(fā)展應(yīng)用，成為新興的分析技術(shù)。近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)最早應(yīng)用于農(nóng)副產(chǎn)品中水分的測(cè)定，后又用于谷物及飼料中蛋白質(zhì)、水分、纖維和糖分等項(xiàng)目的測(cè)定；之后在食品和藥品行業(yè)的應(yīng)用也迅速發(fā)展，應(yīng)用對(duì)農(nóng)產(chǎn)品中水分、蛋白質(zhì)和脂肪等含量的測(cè)定，以及對(duì)藥物中間體及各種化學(xué)合成藥的測(cè)定；在石油化工領(lǐng)域，可用于各種石油產(chǎn)品化學(xué)成分、密度、餾程和辛烷值等特性的測(cè)定；在高分子材料合成與加工過(guò)程中，近紅外光譜在線分析技術(shù)用于過(guò)程質(zhì)量控制。
2近紅外光譜技術(shù)在紡織品檢測(cè)中的應(yīng)用
檢測(cè)設(shè)備技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種通用、專用便攜型的近紅外光譜設(shè)備的研制成功，使得近紅外光譜分析技術(shù)的應(yīng)用有了很大的進(jìn)展。相比傳統(tǒng)的分析方法，近紅外光譜技術(shù)在紡織分析領(lǐng)域具有以下優(yōu)點(diǎn)：分析速度快，測(cè)試過(guò)程操作簡(jiǎn)單；無(wú)損檢測(cè)，對(duì)樣品無(wú)破壞；測(cè)試過(guò)程清潔環(huán)保，不使用化學(xué)試劑；測(cè)試設(shè)備具有便攜的特性，不受測(cè)試場(chǎng)地的限制。
2.1近紅外光譜技術(shù)在紡織品定性中的應(yīng)用
在紡織品定性分析方面，近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)可通過(guò)纖維化學(xué)組成的不同進(jìn)行定性區(qū)分，如天然纖維和化學(xué)纖維的區(qū)分，不同化學(xué)纖維的之間的區(qū)分、棉和毛纖維的區(qū)分等。王丹紅等[1]對(duì)天然纖維、化學(xué)纖維和再生纖維素纖維進(jìn)行研究，采集各種纖維的近紅外光譜，采用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立鑒別模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)Tencel、棉、粘膠和銅氨等纖維進(jìn)行快速鑒別。袁洪福等[2]采用多元光散射校正方法，并結(jié)合近紅外光譜和簇類的獨(dú)立軟模式方法(SIMCA)，對(duì)多種天然及化學(xué)纖維樣品的近紅外光譜研究，可以對(duì)化學(xué)組成接近的纖維進(jìn)行區(qū)分。柴金朝等[3]采集棉滌、棉氨等6種混紡布料的近紅外光譜數(shù)據(jù)，運(yùn)用一階求導(dǎo)方法對(duì)樣品近紅外光譜進(jìn)行預(yù)處理后，用化學(xué)計(jì)量方法建立聚類模型，對(duì)不同樣品分類鑒別準(zhǔn)確率高，說(shuō)明近紅外光譜分析方法在紡織品定性分析中具有可行性。在分析過(guò)程中，近紅外光譜除了包含樣品的化學(xué)組成等信息，還有樣品的表面特性等物理信息，所以棉和麻、羊毛和羊絨、棉和再生纖維素纖維具有相同的化學(xué)組成，由于纖維物理特征不同，也可以用近紅外光譜法進(jìn)行分析鑒別。王戈等[4]用近紅外光譜法對(duì)天然纖維進(jìn)行研究，采集竹原、竹粘膠和苧麻3種纖維的近紅外光譜，利用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，建立的分析模型，能夠快速有效地鑒別竹原、竹粘膠和苧麻3種纖維。呂丹等[5]利用近紅外光譜技術(shù)，研究羊絨和羊毛纖維物理性質(zhì)的不同，建立羊絨、羊毛定性分析模型，準(zhǔn)確地鑒別羊絨與羊毛纖維。研究表明，近紅外光譜分析技術(shù)建立的判別模型，經(jīng)過(guò)化學(xué)計(jì)量法的優(yōu)化后，已可以滿足常見(jiàn)紡織纖維的定性鑒別的要求。
2.2近紅外光譜技術(shù)在紡織品定量中的應(yīng)用
由于近紅外光譜分析技術(shù)在紡織行業(yè)的推廣應(yīng)用，紡織纖維定性方面也取得了較多研究成果。陳斌等[6]以棉絲、棉滌制品為研究對(duì)象，運(yùn)用化學(xué)計(jì)量方法建立近紅外校正模型，研究中對(duì)光譜預(yù)處理方法及建模方法進(jìn)行了討論，為近紅外分析技術(shù)的應(yīng)用提供理論方法。楊萌等[7]對(duì)棉/氨綸混紡面料進(jìn)行含量分析，用漫反射技術(shù)采集樣品近紅外光譜后建立校正模型。對(duì)樣品測(cè)試結(jié)果有較好的準(zhǔn)確性，可以對(duì)含量較低的組分進(jìn)行定量分析。李學(xué)嬌等[8]對(duì)多組滌/棉混紡織物進(jìn)行研究，采集近紅外光譜后，不同光譜特征的滌/棉混紡織物分類建立分析模型，測(cè)試樣品后，準(zhǔn)確率較不分類校正模型的有較大提高，拓寬了近紅外光譜定量分析的應(yīng)用范圍。羅峻等[9]用近紅外光譜法分析毛滌混紡織物中滌綸纖維的含量，預(yù)測(cè)結(jié)果令人滿意，表明近紅外光譜法可用于毛滌混紡織物定量分析。潘璐璐等[10]對(duì)絲/棉混紡織物進(jìn)行研究，利用偏最小二乘法建立絲/棉混紡織品中絲含量的校正模型，預(yù)測(cè)結(jié)果與經(jīng)典方法所得結(jié)果無(wú)顯著差異。劉榮欣等[11]以毛滌混紡織物為研究對(duì)象，結(jié)合偏最小二乘法建立校正模型，對(duì)未知毛滌樣品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與傳統(tǒng)方法無(wú)顯著差異。茅明華等[12]用自制的羊絨、羊毛混合標(biāo)樣，采集混紡樣品近紅外光譜，采用化學(xué)計(jì)量方法對(duì)光譜處理并建立校正模型，預(yù)測(cè)模型的相關(guān)系數(shù)為0.99，標(biāo)準(zhǔn)差為2.8%。該研究可以有效將羊毛、羊絨區(qū)分出來(lái)并進(jìn)一步得到組分含量。王京力等[13~14]對(duì)近紅外光譜檢測(cè)方面做了大量工作，針對(duì)錦氨、棉氨等織物建立模型，并對(duì)已知含量樣品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與傳統(tǒng)測(cè)試方法的結(jié)果并無(wú)差異。還在紡織品近紅外光譜檢測(cè)過(guò)程中的影響因素、樣品均勻度等方面進(jìn)行了研究與探討，為紡織品的近紅外檢測(cè)提供大量的理論依據(jù)，為近紅外檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用推廣起到了極大的推動(dòng)作用。
2.3近紅外光譜分析技術(shù)在紡織行業(yè)中的其他應(yīng)用
近紅外光譜分析技術(shù)不僅應(yīng)用于紡織纖維產(chǎn)品的定性、定量分析，還在紡織纖維品質(zhì)檢測(cè)和生產(chǎn)過(guò)程中有廣泛應(yīng)用。我國(guó)的棉花大部分是從美洲、澳洲、中亞和非洲等地區(qū)進(jìn)口，產(chǎn)地不同的棉花原料質(zhì)量有差別。有研究者[15]嘗試采用近紅外光譜分析方法，對(duì)棉花原料進(jìn)行分析，從而對(duì)不同原料進(jìn)行原產(chǎn)地溯源。近紅外光譜對(duì)于紡織纖維的定性分析技術(shù)已經(jīng)較為成熟，所以棉花中的夾雜物的檢查也可以通過(guò)近紅外光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)。在生產(chǎn)過(guò)程中，棉纖維的成熟度會(huì)影響到最終產(chǎn)品的質(zhì)量，棉纖維在不同成熟階段，其纖維素與非纖維素物質(zhì)的含量不同，通過(guò)近紅外光譜測(cè)試組成含量，可以對(duì)棉纖維的成熟度嚴(yán)格控制，提高紡織產(chǎn)品的質(zhì)量。另外紡織纖維的含水率對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量也有影響，通過(guò)近紅外光譜在線監(jiān)控原料纖維的含水率，可以在生產(chǎn)過(guò)程保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。
2.4近紅外光譜分析技術(shù)存在的問(wèn)題
近紅外光譜分析方法在紡織纖維檢測(cè)領(lǐng)域有較為廣泛的應(yīng)用，但也存在著一些局限性。近紅外光譜分析方法最重要的部分是校正模型的建立，需要花費(fèi)較多時(shí)間對(duì)校正集樣品的特性參數(shù)測(cè)試，還需要采集校正集樣品的近紅外光譜，這些過(guò)程對(duì)建模的精確度影響較大；由于不同設(shè)備之間的影響無(wú)法在校正模型中消除，所以不同設(shè)備間校正模型的傳遞還存在較多問(wèn)題。紡織纖維產(chǎn)品近紅外光譜分析的結(jié)果受較多因素影響。紡織品的不同織物結(jié)構(gòu)對(duì)近紅外光譜預(yù)測(cè)結(jié)果有較大的影響，如包芯的復(fù)合織物、正反面不同組織結(jié)構(gòu)的復(fù)合織物均無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其成分含量；紡織品染料對(duì)近紅外光譜的預(yù)測(cè)結(jié)果也有影響。
3結(jié)語(yǔ)
近年來(lái)由于檢測(cè)技術(shù)發(fā)展和檢測(cè)設(shè)備功能的提升，近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)周期短、分析成本低、樣品無(wú)需處理的特點(diǎn)凸顯，在紡織產(chǎn)品檢測(cè)方面的應(yīng)用越來(lái)越多。但是由于紡織纖維種類眾多，且復(fù)合織物的種類和比例各不相同，使得近紅外光譜校正模型的建立難度較大，需要大量的樣本數(shù)據(jù)，校正數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及合理的計(jì)量學(xué)方法都對(duì)測(cè)試結(jié)果有影響。目前近紅外光譜紡織纖維的分析研究較多，技術(shù)也較為成熟，但應(yīng)用還未普及，近紅外光譜分析技術(shù)要成為“好用、實(shí)用、效用”的分析方法，還有較長(zhǎng)的路要走，近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展有賴于更深入的研究。
作者：孫克強(qiáng) 王京力 廖佳 趙珍玉 單位：中山出入境檢驗(yàn)檢疫局 珠海出入境檢驗(yàn)檢疫局
