纤维组织分析（这几种性质相似的谱图）

纤维的定性检测最主要的目的就在于鉴别纤维的种类。确认纺织产品中各组分的类别是进行定量分析工作的基础。

现行FZ/T 01057.1—2012《纺织纤维鉴别试验方法 第1部分：通用说明》是目前鉴别纤维种类的主要方法依据。其中常见的纤维鉴别方法包括：显微镜法、燃烧法、化学溶解法、熔点法和红外光谱法等。

红外光谱法利用不同物质有不同红外光谱的特性将未知纤维与已知纤维的标准红外光谱进行比较来区别纤维的类别。

目前红外光谱法并没有得到广泛应用，主要原因在于纤维标准红外谱库的建设尚不完善，红外光谱检测的时间成本和经济成本相对于传统的显微镜法和溶解法优势并不明显。

但需要指出的是，红外光谱法是未来纺织品无损检测的重要依托，红外光谱鉴别是一种非破坏性检测手段，而显微镜法、溶解法以及燃烧法等均是破坏性检测方法。

本文是基于FZ/T 01057.8—2012《纺织纤维鉴别试验方法 第8部分：红外光谱法》实践过程中对于常见棉、再生纤维素纤维、仪纶等红外光谱法鉴别结果的总结，以此为纤维检验工作者提供相关的参考。

测试方法

采用ATR法测试纤维样品无须制样，仅需要测试前将纤维样品中的水分使用烘箱或远红外灯箱尽量去除。一般将待测试样品在烘箱内105℃烘干3h，测试前在远红外灯箱内烘干0.5h。

结果与讨论

1.棉与再生纤维素纤维的红外光谱特征及区别

采用衰减全反射傅里叶转换红外光谱仪ATR全反射部件对棉、粘纤、莫代尔、莱赛尔纤维进行红外分析，如图1所示。

图1 棉与再生纤维素纤维红外光谱图

从图1可以发现，棉、粘纤、莫代尔、莱赛尔4种纤维的 红外光谱图基本一致，从FTIR图中可知3450cm^-1~3200cm^-1， 2890cm^-1，1636cm^-1，1016cm^-1，898cm^-1等处出现吸收峰。

• 3450cm^-1~320cm^-1出现宽峰，表明H—O的伸缩振动特征；

• 2890cm^-1处的吸收峰为C—H的伸缩振动；

• 1636cm^-1处的吸 收峰可能是吸附水的吸收峰；

• 1016cm^-1吸收峰可能是C—O 的伸缩振动引起的；898cm^-1处的吸收峰可能是C—O的面外弯曲振动。

在图1红外图谱中观察到符合FZ/T 01057.8附录B所述纤维素纤维主要吸收谱带及特征频率。

图2 棉与再生纤维素纤维一阶导数红外光谱图

图2为上述4种纤维的一阶导数红外谱图，4种纤维一阶导数红外谱图几乎相同，但在3500cm-1~3000cm-1范围内棉纤维的两个特征吸收峰发生紫移，如图2中箭头所示，而另外3种纤维的吸收峰位置几乎相同。

由此可知，用普通的红外光谱图和一阶导数红外谱图很难鉴别再生纤维素纤维的具体种类。

2.棉与再生纤维素纤维二阶导数红外光谱图的区别

图3、图4、图5、图6分别为棉、粘纤、莫代尔、莱赛尔纤维1500cm^-1~500cm^-1范围二阶导数红外光谱。

图3 棉纤维二阶导数红外光谱图（1500cm^-1～500cm^-1）

图4 粘胶纤维二阶导数红外光谱图（1500cm^-1～500cm^-1）

图5 莫代尔纤维二阶导数红外光谱图（1500cm^-1～500cm^-1）

图6 莱赛尔纤维二阶导数红外光谱图（1500cm^-1～500cm^-1）

比较上述各图，可以发现：

• 棉作为天然纤维素，1417.5cm^-1和 1319.4cm^-1处的吸收峰是独立存在的，且1417.5cm^-1处的吸收峰在红外谱图中紫移到1430cm^-1附近；

• 粘胶纤维、莫代 尔纤维、莱赛尔纤维则在1376.4cm^-1处出现肩峰，其实际对应的吸收峰为1417.5cm^-1和1319.4cm^-1处的吸收峰。

• 除此之外，棉与再生纤维素纤维在1500cm^-1~1000cm^-1范围内的二阶导数图谱存在明显的不同，由此区分棉和另外三种纤维存在可行性，但再生纤维素的具体种类在此试验条件下难以实现，一般需要外加微扰条件进行测试。

综上所述，纤维素纤维1200cm^-1~950cm^-1范围的特征吸收峰实际上是糖类的吸收峰，天然纤维素纤维与再生纤维素纤维的主要区别在1500cm^-1~1200cm^-1范围的特征吸收峰，二阶导数红外图谱中，若1417.5cm^-1和1319.4cm^-1处的吸收峰是以1376.4cm^-1处肩峰形式存在，则可判定为再生纤维素纤维，反之则为天然纤维素纤维，此方法可以用于显微镜法无法鉴别，或者纤维形态过于类似的情形。

3 仪纶、涤纶与锦纶的红外光谱特征和区别

采用衰减全反射傅里叶转换红外光谱仪ATR全反射部件对仪纶、涤纶、锦纶纤维进行红外分析。从图7可以发现，仪纶与涤纶的红外光谱比较相似，与锦纶的红外光谱则具有明显的区别。

图7 仪纶、涤纶、锦纶红外光谱图

由锦纶FTIR图中可知3294cm^-1、1633cm^-1、1537cm^-1等处出现吸收峰。

• 3300cm^-1左右的吸收峰，表明N—H的伸缩振动特征；

• 1633cm^-1处的强吸收峰反映了酰胺中C=O的伸缩振动吸收以及部分N—H弯曲振动吸收所组成的酰胺Ⅰ带；

• 1537cm^-1处吸收峰则表明了酰胺Ⅱ带（N—H的面内弯曲振动与部分C—N伸缩振动的耦合）。

而上述特征峰在仪纶纤维红外光谱上没有出现或者基本观察不到。

由涤纶的红外光谱图分析，1712cm^-1、1242cm^-1、722cm^-1等处出现特征吸收峰。

• 涤纶属于聚酯纤维，1712cm^-1左右的吸收峰，表明C=O的伸缩振动特征；

• 1242cm^-1处的强吸收峰反映了C—O的伸缩振动；

• 722cm^-1处吸收峰是由对位双取代苯环上—CH₂面内摇摆所形成的。

而上述的吸收特征峰在仪纶纤维的红外光谱上也存在，表明仪纶作为聚酰胺酯所表现出的酯的特征。

仔细分析，在仪纶纤维的红外光谱中除了上述的特征吸收峰外，还在1666cm^-1、1529cm^-1等处出现特征吸收峰，如图8所示。

图8 仪纶红外光谱图（2000cm^-1～500cm^-1）

• 1666cm^-1处的吸收峰可能是酰胺Ⅰ带；

• 1529cm^-1吸收峰则可能是酰胺Ⅱ带的吸收峰。

表明仪纶中具备酰胺具体特征的可能性，也是其在红外光谱特征上与涤纶的差别所在。

结论

通过对一组棉、粘胶纤维、莱赛尔、莫代尔和另一组仪纶、锦纶、涤纶等7种性质相近的纺织纤维材料的红外光谱特征分析，得出以下结论：

（1）棉、粘纤、莫代尔、莱赛尔4种纤维的红外光谱图基本一致，符合纤维素纤维主要吸收谱带及特征频率。普通的红外光谱图和一阶导数红外谱图很难鉴别再生纤维素纤维的具体种类，而天然纤维素纤维与再生纤维素纤维的种类可以通过二阶导数红外谱图进行区分。

（2）仪纶与涤纶的红外光谱比较相似，与锦纶的红外光谱则具有明显的区别，可以通过涤纶所表现出酯的特征，仪纶所表现出酰胺的特征加以区分。

（本文摘编自《中国纤检》2018年11期）

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