光纤传感在线检测系统测定双组份染料浓度

于小娟，田俊莹，赵晓明，张健飞

（天津工业大学纺织学部，天津 300387）

在印染加工中，为了获得一定的色调，往往需要对2种或2种以上的染料进行拼混染色[1].要想了解混合染料中某一染料的上染情况，必须测出此染料在溶液中的浓度或其在染物上的染料量[2].但目前尚没有较为成熟的染色浓度在线检测装置和分析方法，其难点主要在即时性、准确性和大的浓度范围适应性等方面[3].随着科学技术的迅速发展，光纤已成为大有前途的新型基础材料，与之相伴的光纤技术也以新奇、便捷的特点受到人们的关注[4].光纤传感在线检测系统是一套能对染色浓度进行在线检测的新型装置，此系统将光纤技术运用到染料浓度在线监测中，可视作一大创新.光纤传感在线监测系统能对染液进行原位全波段或多波段的实时光谱分析，得到瞬时的吸光度-时间、吸光度-波长光谱图和多波长点吸光度数据，从而获得染液中染料的瞬时上染率和上染率-时间曲线等相关信息.不仅反应灵敏，能探测到微小的浓度变化，而且传输速度快，可以实时监测染液中的浓度变化情况.本文应用光纤传感在线检测系统测定混合染液的吸光度，用一阶导数分光光度法和解联立方程两种方法计算混合染料浓度，并比较两种方法的灵敏度和准确度.

1 实验部分

1.1 材料与设备

所用材料包括:活性红6G、活性红2G、活性蓝3G，均为工业纯，由亨斯迈公司提供.

所用设备包括:SE602F型电子天平，上海奥豪斯仪器有限公司产品；光纤传感在线检测系统，如图1所示，南京达元智能科技有限公司产品.

图1 光纤传感在线检测系统示意图Fig.1 Schematic diagram of optical fiber sensor system

1.2 联立方程法

配置一定浓度的活性红6G、红2G、活性蓝3G溶液，用光纤传感在线检测系统测出染料在λmax下的吸光度值，绘制吸光度与浓度的标准曲线，确定其吸光系数.红6G、红2G和蓝3G的最大吸收波长和吸光系数如表1所示.

表1 红6G、红2G、蓝3G的λmax和吸光系数（K）Tab.1 λmaxand absorptivity of reactive red 6G，red 2G and blue 3G

设混合染液中有2种染料A和B，其浓度分别为C1、C2，在各染料的最大吸收波长 λ1max、λ2max处，混合染液的吸光度分别为Xl、X2.根据多组份体系中吸光度具有加和性可得:

式中:Kla、K2a为各染料在 λ1max处的吸光系数；K1b、K2b为各染料在λ2max处的吸光系数.通过解上述方程组，可得各个组分的浓度[5].

1.3 导数分光光度法

配制染料A和染料B的系列浓度溶液，测各溶液的吸光度-波长曲线，根据吸光度-波长曲线绘制导数-波长曲线；求一系列浓度的染料B在A的最大吸收波长处吸光度对波长的导数值，求导数值与浓度之间的直线方程；并以相同的方法求染料A在染料B的最大吸收波长处吸光度对波长的导数值与浓度之间的直线方程；测混合染料的吸光度-波长曲线并求导数，根据2种染料最大吸收波长处的导数值，由导数值与浓度之间的直线方程求出染料浓度[6].

2 结果与讨论

2.1 颜色相差较远的双组份染液浓度测定

按1∶1、1∶10的比例配置不同浓度的活性红6G和活性蓝3G的混合溶液，然后用两种方法分别测定它们的浓度，并计算误差.计算结果如表2和表3所示.

表2 联立方程法测定红6G和蓝3G的浓度Tab.2 Concentration measurement of reactive red 6G and blue 3G by simultaneous equations method

表3 导数法测定红6G和蓝3G的浓度Tab.3 Concentration measurement of reactive red 6G and blue 3G by derivative spectrophotometry

由表2、表3可以看出，联立方程法和导数分光光度法对颜色相差较远的双组份染液浓度均有很好的测定结果，相对误差都在10%以内.这主要是因为2种组分的最大吸收波长相差较远，相互干扰较小，误差也较小.

2.2 颜色相近的双组份染液浓度测定

按1∶1、1∶10的比例配置不同浓度的活性红2G和活性红6G的混合溶液，然后用2种方法分别测定它们的浓度，并计算误差，计算结果如表4和表5所示.

由表4、表5可以看出，联立方程法对于颜色相近的染料来说，其浓度的测量存在很大的误差，一般情况下，很难准确测定如橙和黄2种颜色的染料浓度.这主要是因为在2种组分的最大吸收波长距离很近的情况下，其吸光系数很接近，相互干扰大，当采用联立方程的方法求解时，误差变大.而导数分光光度法则比较稳定，对颜色相近双组份染液浓度的测定也有很好的效果.这是由于将待测物质的吸收光谱曲线对波长进行一次求导，可消除随波长线性变化的干扰，从而可以比较准确地测出双组份染料的浓度.

表4 联立方程法测定红2G和红6G的浓度Tab.4 Concentration measurement of reactive red 2G and red 6G by simultaneous equations method

表5 导数法测定红2G和红6G的浓度Tab.5 Concentration measurement of reactive red 2G and red 6G by derivative spectrophotometry

3 结论

（1）在使用光纤传感在线检测系统测定双组份染料浓度时，联立方程法对颜色差别比较明显的染料有很好的测定结果，而测定颜色相近染料的双组份染液的浓度时误差很大.

（2）导数分光光度法比较稳定，无论是测定颜色相差较远染料的双组份染液的浓度，还是测定颜色相近染料的双组份染液的浓度均有较好的测定效果.

（3）光纤传感在线检测系统可对染浴上染过程中的染料浓度进行实时监测，可以实现一次染色成功，提高产品质量，降低能源消耗，提高生产效率，减少废水排放，给企业带来可观的经济效益.

[1]雷 波.分光光度法对混合染料浓度的同时测定[J].染整技术，2003，25（3）:35-37.

[2]殷先雄，王 栋，于永海，等.测定双组分染料浓度的两种方法比较[J].辽宁化工，2008，37（2）:131-133.

[3]房文杰.染液中染料组分的浓度分析[D].上海:东华大学，2011:2-4.

[4]窦光宇.光纤应用大有作为[J].科学24小时，2007（6）:15-16.

[5]郝兴盛，张 辉，强西怀.毛皮染色中混合染料上染率的测定[J].陕西科技大学学报，2008，26（3）:35-38.

[6]齐宝坤，贺江南.导数光谱法鉴别羊毛纤维上的染料[J].广东公安科技，1994（3）:21-25.