近紅外光譜技術(shù)在紡織產(chǎn)品檢測的應用
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紅外光又稱為紅外輻射，處于可見光譜紅光外側(cè)，比可見光波長長、能量低，波長為780～2500nm，又可分為短波（800～1100nm）和長波（1100～2500nm）兩個區(qū)域。近紅外光譜主要反映的是含氫基團X-H振動的合頻和倍頻吸收，可以對具有含氫基團的有機化合物樣品進行研究分析，所以在分析的領(lǐng)域中有著良好的應用前景。20世紀上半葉，由于近紅外儀器技術(shù)發(fā)展緩慢，近紅外光譜技術(shù)的研究僅停留在實驗室階段，沒有得到實際的應用。到了20世紀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)開始在農(nóng)副產(chǎn)品檢測方面得到應用。直到20世紀80年代后期，隨著近紅外光譜檢測設(shè)備技術(shù)的發(fā)展及其與化學計量學方面的結(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)展應用，成為新興的分析技術(shù)。近紅外光譜檢測技術(shù)最早應用于農(nóng)副產(chǎn)品中水分的測定，后又用于谷物及飼料中蛋白質(zhì)、水分、纖維和糖分等項目的測定；之后在食品和藥品行業(yè)的應用也迅速發(fā)展，應用對農(nóng)產(chǎn)品中水分、蛋白質(zhì)和脂肪等含量的測定，以及對藥物中間體及各種化學合成藥的測定；在石油化工領(lǐng)域，可用于各種石油產(chǎn)品化學成分、密度、餾程和辛烷值等特性的測定；在高分子材料合成與加工過程中，近紅外光譜在線分析技術(shù)用于過程質(zhì)量控制。
2近紅外光譜技術(shù)在紡織品檢測中的應用
檢測設(shè)備技術(shù)的不斷進步，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)的應用有了很大的進展。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：分析速度快，測試過程操作簡單；無損檢測，對樣品無破壞；測試過程清潔環(huán)保，不使用化學試劑；測試設(shè)備具有便攜的特性，不受測試場地的限制。
2.1近紅外光譜技術(shù)在紡織品定性中的應用
在紡織品定性分析方面，近紅外光譜檢測技術(shù)可通過纖維化學組成的不同進行定性區(qū)分，如天然纖維和化學纖維的區(qū)分，不同化學纖維的之間的區(qū)分、棉和毛纖維的區(qū)分等。王丹紅等[1]對天然纖維、化學纖維和再生纖維素纖維進行研究，采集各種纖維的近紅外光譜，采用化學計量學方法建立鑒別模型，可以實現(xiàn)對Tencel、棉、粘膠和銅氨等纖維進行快速鑒別。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立軟模式方法(SIMCA)，對多種天然及化學纖維樣品的近紅外光譜研究，可以對化學組成接近的纖維進行區(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)，運用一階求導方法對樣品近紅外光譜進行預處理后，用化學計量方法建立聚類模型，對不同樣品分類鑒別準確率高，說明近紅外光譜分析方法在紡織品定性分析中具有可行性。在分析過程中，近紅外光譜除了包含樣品的化學組成等信息，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組成，由于纖維物理特征不同，也可以用近紅外光譜法進行分析鑒別。王戈等[4]用近紅外光譜法對天然纖維進行研究，采集竹原、竹粘膠和苧麻3種纖維的近紅外光譜，利用化學計量學方法，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)過化學計量法的優(yōu)化后，已可以滿足常見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用
由于近紅外光譜分析技術(shù)在紡織行業(yè)的推廣應用，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、棉滌制品為研究對象，運用化學計量方法建立近紅外校正模型，研究中對光譜預處理方法及建模方法進行了討論，為近紅外分析技術(shù)的應用提供理論方法。楊萌等[7]對棉/氨綸混紡面料進行含量分析，用漫反射技術(shù)采集樣品近紅外光譜后建立校正模型。對樣品測試結(jié)果有較好的準確性，可以對含量較低的組分進行定量分析。李學嬌等[8]對多組滌/棉混紡織物進行研究，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，測試樣品后，準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，預測結(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]對絲/棉混紡織物進行研究，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，預測結(jié)果與經(jīng)典方法所得結(jié)果無顯著差異。劉榮欣等[11]以毛滌混紡織物為研究對象，結(jié)合偏最小二乘法建立校正模型，對未知毛滌樣品進行測試，測試結(jié)果與傳統(tǒng)方法無顯著差異。茅明華等[12]用自制的羊絨、羊毛混合標樣，采集混紡樣品近紅外光譜，采用化學計量方法對光譜處理并建立校正模型，預測模型的相關(guān)系數(shù)為0.99，標準差為2.8%。該研究可以有效將羊毛、羊絨區(qū)分出來并進一步得到組分含量。王京力等[13~14]對近紅外光譜檢測方面做了大量工作，針對錦氨、棉氨等織物建立模型，并對已知含量樣品進行測試，測試結(jié)果與傳統(tǒng)測試方法的結(jié)果并無差異。還在紡織品近紅外光譜檢測過程中的影響因素、樣品均勻度等方面進行了研究與探討，為紡織品的近紅外檢測提供大量的理論依據(jù)，為近紅外檢測技術(shù)的應用推廣起到了極大的推動作用。
2.3近紅外光譜分析技術(shù)在紡織行業(yè)中的其他應用
近紅外光譜分析技術(shù)不僅應用于紡織纖維產(chǎn)品的定性、定量分析，還在紡織纖維品質(zhì)檢測和生產(chǎn)過程中有廣泛應用。我國的棉花大部分是從美洲、澳洲、中亞和非洲等地區(qū)進口，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，對棉花原料進行分析，從而對不同原料進行原產(chǎn)地溯源。近紅外光譜對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近紅外光譜技術(shù)實現(xiàn)。在生產(chǎn)過程中，棉纖維的成熟度會影響到最終產(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，通過近紅外光譜測試組成含量，可以對棉纖維的成熟度嚴格控制，提高紡織產(chǎn)品的質(zhì)量。另外紡織纖維的含水率對產(chǎn)品質(zhì)量也有影響，通過近紅外光譜在線監(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)存在的問題
近紅外光譜分析方法在紡織纖維檢測領(lǐng)域有較為廣泛的應用，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，需要花費較多時間對校正集樣品的特性參數(shù)測試，還需要采集校正集樣品的近紅外光譜，這些過程對建模的精確度影響較大；由于不同設(shè)備之間的影響無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)對近紅外光譜預測結(jié)果有較大的影響，如包芯的復合織物、正反面不同組織結(jié)構(gòu)的復合織物均無法準確預測其成分含量；紡織品染料對近紅外光譜的預測結(jié)果也有影響。
3結(jié)語
近年來由于檢測技術(shù)發(fā)展和檢測設(shè)備功能的提升，近紅外光譜檢測技術(shù)檢測周期短、分析成本低、樣品無需處理的特點凸顯，在紡織產(chǎn)品檢測方面的應用越來越多。但是由于紡織纖維種類眾多，且復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)的準確性及合理的計量學方法都對測試結(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，但應用還未普及，近紅外光譜分析技術(shù)要成為“好用、實用、效用”的分析方法，還有較長的路要走，近紅外光譜檢測技術(shù)的發(fā)展有賴于更深入的研究。
作者：孫克強 王京力 廖佳 趙珍玉 單位：中山出入境檢驗檢疫局 珠海出入境檢驗檢疫局
