近红外光谱法测定棉涤混纺织物中棉含量

近红外光谱法测定棉涤混纺织物中棉含量

纺织纤维成分的定量分析非常重视纺织厂、消费者、消费者和国家监督管理部门。几乎所有的国家为保护消费者的合法权益,都颁布法令规定纺织品必须标注纤维成分及其含量,因此,纺织品纤维成分的定量分析在纺织品的众多检测项目中地位非常重要。然而,现有的纺织品成分分析方法近红外光谱是20世纪90年代以来发展最快、最引人注目的光谱分析技术,与化学计量学结合能在一定程度上弥补其光谱峰重叠、信息弱等不足,随着仪器硬件技术不断完善,以及化学计量学软件的发展,近红外光谱分析技术获得较快发展,已广泛应用于农业1试验部分1.1试验设备采用瑞士步琦(BUCHI)公司的NIRFlexN-500傅里叶近红外光谱仪,仪器的光谱范围为10000~4000cm1.2棉/涤混纺织物试验样品由山东、江苏、广州等10多个出入境检验检疫局提供,共249个不同组织结构、不同颜色、棉含量具有一定梯度分布的棉/涤混纺织物用于建立近红外定量模型。图1示出以棉含量步长为5%的249个建模样品棉含量的分布情况。1.3测试方法实验室温度为10~30℃,湿度为30%~70%。为确保样品所采集到的光谱的稳定性,面密度大于100g/m2结果与分析2.1定量模型的建立249个试验样品,其中2/3作为校正集,1/3作预测集。将样品按棉含量由低到高排列,3个中取1个作为预测集样品,棉含量最大和最小的样品位于校正集。由于样品比较复杂,直接建立棉含量为0~100%的定量模型,准确率有待进一步提高,根据漫反射的吸收原理,本文研究采用分段直线拟合吸收率与含量之间的关系。将样品按棉含量分为0~30%、30%~60%、60%~80%和80%~100%4部分,对每部分样品,利用偏最小二乘法分别建立定量模型,即分段建模。样品的棉含量采用GB/T2910.11—2009方法测定。图2为所有样品的近红外光谱图。部分灰色、黑色棉/涤织物和牛仔布的谱图在10000~5200cm图3为4个含棉样品的近红外光谱图。从图中可看到,1号样品为棉/涤混纺织物,涤纶含量为26.9%,可观察到涤纶特征峰;2号样品为棉/氨混纺织物,氨纶含量为6.2%,与全棉的3号样品谱图基本相同;4号样品为棉/涤混纺织物,涤纶含量为9.7%,涤纶特征峰不明显,与全棉谱图相似。可见,当涤纶含量较低时,无法直接从谱图判定样品中是否含有涤纶纤维;同样,含棉混纺织物无法从谱图直接判定含有哪种纤维。例如图3中棉/氨混纺织物,无法从光谱上确定氨纶纤维的存在,所以,为进一步提高检测速度,建立准确率较高的定性模型判定样品中是否仅含有棉、涤纶纤维是实现近红外光谱技术快速、无损判定样品是否为棉/涤样品的不可缺少的工作,需要进一步研究近红外光谱技术在纤维定性判定方面的应用。2.2定量模型验证结果利用步琦仪器自带的数据处理软件NIRCAL进行数据预处理并采用偏最小二乘法建立定量模型。利用所建模型,可对未知含量的棉/涤混纺样品进行定量分析。为验证模型的实用性,对1000个未知含量的棉/涤混纺织物样品(不包括抓绒、割绒、蕾丝、烂花面料、特殊结构的织物样品)用来做定量模型的外部验证,将这1000个样品的预测结果与国标方法测定同时进行,以确保样品状态的一致性。表1中给出对棉/涤样品所建立的5个模型的汇总结果。以按照GB/T2910.11—2009方法测定的样品棉含量和模型预测棉含量的绝对误差为判定依据,若绝对误差位于(-3%,3%)区间,认为样品预测准确,反之,预测错误。对棉含量为0~100%的模型进行优化后,校正集和预测集的相关系数R表2示出近红外光谱法和国标方法对1000个棉/涤验证样品棉含量的对比统计结果。1000个棉/涤样品的预测结果为错判10个,准确率为99%。对预测结果和国标方法得到的结果进行方差分析,置信区间为95%,显著性水平取5%,F3拓展了棉/涤混纺织物的定性定量流程1)近红外光谱分析技术用于纺织品纤维成分的定性判定和定量分析有广阔的应用前景,该方法操作简单,无需化学试剂,无需破坏样品并将检测时间从几个小时缩短为几分钟,大大提高了检测效率。2)由于本文研究相对已有研究成果而言,涉及比较全面的棉/涤混纺织物,发现对于一些特殊样品需做进一步研究,例如抓绒、割绒、蕾丝、烂花面料以及成分不均匀的样品,以解决现存的困难,从而将近红外光谱技术很好地应用于所有的纺织品。3)无法从样品的近红外光谱图直接判定样品中是否含有氨纶以及较低含量的涤纶等纤维,必须建立准确率较高的定性模型,才可利用近红外光谱法直接判定未知样品是棉/涤混纺织物,从而进一步作定量分析,完成样品纤维成分的