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應(yīng)用分享 | 近紅外光譜儀在紡織品成分檢測(cè)方面的應(yīng)用

來(lái)源:上海如海光電科技有限公司 更新時(shí)間:2024-07-03 12:45:07 閱讀量:419
導(dǎo)讀:如海近紅外光譜測(cè)量系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)對(duì)紡織品的檢測(cè)。



一、研究背景 Research Background

紡織品是生活的必需品,其質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到每個(gè)消費(fèi)者,因此對(duì)紡織品質(zhì)量的檢測(cè)非常重要。紡織品的性質(zhì)指標(biāo)參數(shù)眾多,例如纖維長(zhǎng)度、纖細(xì)度、含油率、紡織纖維成分及含量鑒別等等。其中,紡織品纖維成分及含量是反映服裝面料優(yōu)劣的重要指標(biāo),絕大多數(shù)國(guó)家及地區(qū)都頒布了相關(guān)法律法規(guī)規(guī)定紡織品必須標(biāo)注紡織纖維的組分及含量。
然而由于紡織品種類(lèi)繁多,不同品種紡織纖維之間的造價(jià)及性能天差地別,故市面上產(chǎn)生了一些以次充好的亂象。例如標(biāo)簽寫(xiě)的是100%山羊絨,實(shí)際采用的卻是成本低廉的滌綸,或者在山羊絨中摻綿羊絨等。這些以假亂真、以次充好的現(xiàn)象嚴(yán)重破壞了正常的市場(chǎng)秩序,同時(shí)也破壞了紡織品產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
因此,快速準(zhǔn)確鑒別紡織品材質(zhì)對(duì)于紡織品生產(chǎn)管理、市場(chǎng)監(jiān)督都具有重要意義。


衣物上的纖維成分含量標(biāo)簽




二、基本原理 Fundamentals


紡織品纖維的種類(lèi)繁多,按照原料來(lái)源可以分為兩大類(lèi),分別是化學(xué)纖維和天然纖維。

天然纖維是指自然界中原有的或者是從人工培育的植物或動(dòng)物上直接提取的紡織纖維,天然纖維有很多種類(lèi),按照來(lái)源可分為植物纖維、動(dòng)物纖維和礦物纖維等,植物纖維主要成分是纖維素。動(dòng)物纖維的主要成分是蛋白質(zhì)。而礦物纖維的主要成分則為一些無(wú)機(jī)物,為無(wú)機(jī)金屬硅酸鹽類(lèi)。

化學(xué)纖維是指用天然或人工合成的高分子化合物為原料,經(jīng)過(guò)一系列處理工序得到的具有紡織性能的纖維。

市場(chǎng)上琳瑯滿(mǎn)目的紡織制品


目前常用的纖維的鑒別方法有感官鑒別法、顯微鏡法、燃燒法、溶解法、含氯含氮呈色反應(yīng)法、密度梯度法等,感官鑒別法、燃燒法和溶解法可以很容易地區(qū)別成分差異顯著的纖維,例如棉麻、毛絨和化纖等大類(lèi)之間的差異,但是對(duì)于組成成分相似的纖維則需要采用其他的方式來(lái)輔助鑒別,例如采用顯微鏡法等,此類(lèi)鑒別不僅需要大型的設(shè)備,測(cè)量一次的成本也很昂貴。
而對(duì)于混紡紡織品中纖維含量的檢測(cè)方法有很多,常用的是定量化學(xué)分析方法,利用化纖在不同溶劑中的溶解度不同,采用合適的溶劑使得混紡中的某些成分從織物中分離出來(lái),從而求得各個(gè)組分的百分含量。然而定量化學(xué)分析方法不僅費(fèi)事費(fèi)力,同時(shí)化學(xué)試劑還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染,在實(shí)際市場(chǎng)監(jiān)管過(guò)程中任務(wù)量繁重,應(yīng)用不現(xiàn)實(shí)。
綜上所述,除了不法分子的利益驅(qū)使外,市場(chǎng)監(jiān)管過(guò)程中缺乏快速便捷準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)或在線(xiàn)纖維成分快速測(cè)定的方法是不能有效杜絕紡織品纖維摻假亂象的重要原因之一。因此一種快速便捷準(zhǔn)確地檢測(cè)紡織品纖維成分的方法是解決紡織品領(lǐng)域質(zhì)量問(wèn)題的重要手段。
近紅外光是介于紫外-可見(jiàn)光和中紅外光之間的電磁波,其波長(zhǎng)范圍為700-2500nm。近紅外光譜主要是分子基頻振動(dòng)的倍頻和合頻,與基頻振動(dòng)(中紅外)相比,倍頻和合頻產(chǎn)生的幾率要低1-3個(gè)數(shù)量級(jí),所以近紅外光譜吸光度的系數(shù)比中紅外光譜低1-3個(gè)數(shù)量級(jí),這就要求儀器具有較高的信噪比。在近紅外光譜區(qū)域最常觀測(cè)到的為含氫基團(tuán)(C-H、O-H、N-H等)的吸收,故近紅外光譜非常適用于有機(jī)物的檢測(cè),例如農(nóng)產(chǎn)品、藥品、石油化工等物化參數(shù)的測(cè)量,目前近紅外光譜結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)的方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物化工和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,成為一種不可或缺的高效、無(wú)損、快速檢測(cè)技術(shù)。
植物纖維的成分為纖維素,動(dòng)物纖維的成分為蛋白質(zhì),化學(xué)纖維由高分子化合物合成制得。由纖維的分子結(jié)構(gòu)可以得知,其中含有大量的含氫基團(tuán),因此大部分的紡織品都具有豐富的近紅外光譜信息。


此外,近紅外光譜可以無(wú)損檢測(cè),因此,無(wú)論是從測(cè)量方式,還是從化學(xué)信息角度出發(fā),近紅外光譜都非常適合紡織品纖維的成分及含量的定性、定量檢測(cè)

近紅外光譜分析技術(shù)相較于傳統(tǒng)分析技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn),它分析時(shí)間短,分析速度快,無(wú)需制備樣品,無(wú)接觸式無(wú)損檢測(cè),可以同時(shí)測(cè)量一個(gè)物質(zhì)中多種組分的信息等。目前近紅外光譜分析法已成功應(yīng)用于紡織品工業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中。


三、實(shí)驗(yàn)方案和配置 Experimental 

Solution & Configuration

下圖是基于近紅外光纖光譜儀搭建的紡織品近紅外光譜檢測(cè)裝置配置圖。


鎢燈光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)Y型反射光纖打在樣品上,樣品產(chǎn)生的漫反射信號(hào)再經(jīng)過(guò)光纖進(jìn)入近紅外光譜儀,從而得到樣品的近紅外光譜。



四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 Experimental 

Result & Analysis

本次實(shí)驗(yàn)利用搭建的測(cè)試系統(tǒng)采集了5種不同成分組成的紡織品的近紅外光譜圖,其譜圖如下圖所示:

5種樣品近紅外光譜圖


對(duì)采集到的光譜進(jìn)行主成分分析,得到其3維PCA分類(lèi)圖:


5種樣品主成分三維圖


結(jié)果顯示對(duì)于5種不同材質(zhì)的紡織品,其主成分分析圖顯示樣品間存在明顯差異,由此可以得知利用近紅外光譜圖可準(zhǔn)確分辨出不同材質(zhì)的紡織品


五、結(jié)論 Conclusion

基于近紅外光譜儀、鎢燈、Y型反射光纖搭建的近紅外光譜測(cè)試系統(tǒng)可快速、便捷、準(zhǔn)確地采集紡織品的近紅外光譜圖,且實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,利用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法可準(zhǔn)確分類(lèi)不同材質(zhì)的紡織品,由此可實(shí)現(xiàn)對(duì)紡織品纖維種類(lèi)的定性鑒別,可為紡織品的工業(yè)生產(chǎn)、市場(chǎng)監(jiān)管以及廢舊衣物回收等領(lǐng)域提供高效的解決方案。


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