近红外光谱定标法分析丝/氨混纺面料纤维含量

文/田玲玲 高 雅 胡爱琴

1 引言

丝/氨混纺产品（内衣、T恤、睡衣等）具有较好的弹性，穿着滑爽舒适，深受消费者的喜爱。对于桑蚕丝/氨纶织物的成分含量检测，依据我国现行有效的方法标准，目前包括手工分解法[1]和次氯酸盐化学试剂溶解法[2]。手工分解法检测结果虽然准确但是耗时费力，且对于高支或紧密型织物较难采用；次氯酸盐化学试剂溶解法在检验过程中污染环境、对检测人员的身体有一定危害。

近红外光谱分析技术具有快速、无损、无污染、结果准确的优点，它可在几分钟内仅通过对被测样品光谱测量，即可完成多项性能指标的测定，采用近红外光谱结合化学计量学方法快速测定纺织品成分含量具有一定的可行性。目前大多实验室采用PLS建模方法[3-6]，需要用的样本数量多，建模过程复杂，模型预测范围两端区测量偏差较大。为此，本文对硬件性能和分析方法进行了改进，如自动收集背景扫描，增大采样区域，平均了从非均匀样品反射的光，并结合定标法采用了一种全新数据处理技术，使得操作更加简便且显著地提高了分析精度和准确度，本文通过建立桑蚕丝/氨纶混纺织物中纤维成分含量的定标数据库，实现近红外分析方法用于实际定量检验桑蚕丝/氨纶混纺织物。

2 试验

2.1 样品收集

在日常检测工作中收集桑蚕丝/氨纶两组分混纺样品共103个，按顺序编号。这103个样品涵盖了不同颜色、不同厚度、不同含量配比、不同织造工艺的纺织织物，平均大小约为10cm2。样品集合具有一定代表性。

2.2 参考值测定

样品的参考值按照GB/T 2910.1—2009[1]、GB/T 2910.4—2009[2]进行测定。所有样品的氨纶含量在4.2%～15.1%范围内，桑蚕丝含量在84.9%～95.8%范围内。

2.3 光谱采集

采用美国银河科技QuaslR3000对所有样品进行光谱采集。光谱仪波数范围（12800cm-1～4000cm-1），分辨率（4cm-1），平均次数（32次）。每个样品重复测量6次，取6次光谱平均作为建模光谱。

2.4 建立定标数据库

采用西派特（北京）科技有限公司开发的sunny lib软件进行定标数据库建立。使用光谱与含量数据库，将高维样本光谱通过线性变换投射到低维光谱特征定量空间。对数据库中各样品，依据低维光谱特征向量空间中的样品分布，找出一组定标样本，并将其投影到先行定标空间，采用对应的定标数据，建立定标曲线，计算测定值。通过预测标准偏差（SEP）评价数据库的准确性；通过外部样品验证其稳定性。

3 结果与讨论

3.1 硬件性能评价

将同一个样品重复测量6次，该测量方式下样品光谱标准偏差在全谱范围内稳定在10-3左右。表明仪器稳定性良好，满足光谱采集要求。

3.2 光谱数据采集

使用103个样品分别建立桑蚕丝和氨纶的定标数据库。图1为所有建模样品近红外光谱图。

图1 桑蚕丝/氨纶样品近红外光谱图

3.3 光谱区间选择

光谱经过预处理后相关系数在4000cm-1～4200cm-1、5100cm-1～5900cm-1和8100cm-1～8300cm-1范围内能够达到0.2以上，详见图2。根据相关系数法选择相关系数大于0.2的波数段进行定标。

图2 相关系数图

3.4 定标数据库评价

应用sunny lib软件的定标新算法建立定标数据库。从图3和图4可以看出，虽然样本数量有限，但是处理后光谱与组分含量呈现高度线性相关性，相关系数达到0.985。

图3 桑蚕丝——预测值与标准值回归曲线

图4 氨纶——预测值与标准值回归曲线

利用SEP验证预测偏差，其值反映了新建方法的准确性，SEP越小，准确性越高。该定标库的桑蚕丝SEP值为0.4%，氨纶SEP0.4%，均优于国标要求误差1%。

3.5 数据验证

纺织品纤维的质地、颜色、染整、不均匀性、检测环境等因素都会严重干扰近红外光谱测量精度，稳定可靠的预测模型必须经过大量外部验证。随机选择两个未知样品验证模型的精确度，对两个样品重复采集6次验证模型精确度，随机选择10个未知样品验证模型准确度。模型验证结果见表1和表2，验证结果表明该方法预测的精确性及准确性都满足国标要求。

表1 桑蚕丝/氨纶两组分预测值标准偏差

表2 近红外光谱定标算法预测结果

3.6 效率比较

采用国标方法分析桑蚕丝/氨纶样品的组分含量需要多台设备，多人协作，时间大约6小时，同时产生大量化学试剂费用；采用近红外光谱定标算法仅需1个人，3min即可检测出含量结果，过程无常规消耗品，无污染废弃物排放，不仅保持了快的优势，而且实现了结果的准确。

4 结论

（1）纺织品丝/氨的近红外光谱外部验证结果，其准确度优于国标传统方法的测量误差要求，可以准确定量桑蚕丝和氨纶的组分。

（2）纺织品中的丝/氨成分含量可采用近红外光谱方法实现快速、无损、节约、无污染检测。

（3）利用光谱定标新算法进行纺织品定量分析，定标操作简便，结果准确度高，对提升纺织品检测机构的工作效率，提高我国纺织纤维检测技术水平具有重大意义。