织物纤维定性检测技术研究进展及其标准化现状

李梦晨 李亚辉 李俊芳 杨海峰 席广成

（中国检验检疫科学研究院工业与消费品安全研究所，北京 100176）

织物纤维在轻工领域应用广泛，如皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋业中的纺织面料鞋、羽绒服面料等，家具制造业中的沙发、床、转椅等家具的表面织物，娱乐用品制造业中的娃娃玩具纺织面料等，对人民的日常生活有重要影响。

随着技术的不断发展，人们对于纺织品的消费理念不断升级，越来越多的高性能新型纺织纤维品出现在人们的视野中，不仅出现了大量的新型化学纤维，而且多种化学纤维与天然纤维的混纺或交织品也越来越多。不同的织物纤维有不同的特点，对纤维鉴定技术的要求也复杂多样，因此及时结合检测鉴别技术的发展，开发新型的检验检测技术，提高纤维检测的精准度和效率，简化检验流程具有重要意义[1]。

对织物纤维的鉴别技术，简单来说，主要是通过检测、分析纤维内部结构、外观形态、物理与化学性能的差异，来将其进行区分。纤维含量是代表纺织品质量和性能的一个重要项目，在进行检测时，首先需要对纺织品含有的纤维种类进行定性，在确定纺织品纤维组分的基础上，再对各种组分的含量进行检测。目前，传统的鉴别方法主要有显微镜观察法、燃烧法、化学溶解法、熔点试验法等，但以上鉴别方法已经不能满足日益复杂的纤维检测，呈现出了一定的局限性。例如莫代尔、粘胶纤维、莱赛尔3 种再生纤维，它们在显微镜下的形态以及燃烧现象很相似，难以很好地区分；还有化学溶解法，其常用的几种有毒的化学检测试剂，会对检验人员的生命安全、环境保护等带来风险[2]。

本文系统总结传统纤维织物检验方法，调研了国内外纤维检测方法标准现状，综述了基于光谱法的织物纤维检测技术和其应用情况，主要有红外光谱、X 射线衍射、拉曼光谱，并对织物纤维检测技术的发展方向进行了展望。

1 织物纤维的传统检测方法

近年来，随着科学技术的发展，出现了很多定性分析纤维的方法，主要分为化学分析法和物理分析法两类。其中，化学分析法主要有燃烧法、染色法、溶解法等，物理分析方法主要有感官法、熔点法、显微镜法等。在日常分析检测中，仅凭一种方法很难完成对含多种纤维的织物的鉴定，大多需要采用多种分析方法融合使用。

1.1 化学分析法

（1）燃烧法

燃烧法是在纤维鉴定中常用的方法之一，操作方法简单、高效，主要是通过对纤维燃烧时，靠近火焰、在火焰中、离开火焰时的状态，是否容易燃烧，是否有热塑性，以及燃烧时散发的气味，燃烧后灰烬的形态等进行鉴别。该方法主要是用来鉴别纤维大类，如纤维素纤维靠近火焰时快速燃烧，有焦纸气味，灰烬为灰白色；合成纤维靠近火焰时会收缩，有熔滴现象，灰烬多为硬球块体；蛋白质纤维靠近火焰时慢慢燃烧，离开火焰后慢慢熄灭，有臭鸡蛋气味，燃烧后有黑色松脆灰烬，这是我们日常生活中鉴别动物毛类制品常用的方法之一。

王新灵[3]通过燃烧法鉴别羊毛和羊绒，虽然两者都属于天然的动物纤维，但在燃烧时还是有略微区别。羊毛燃烧时，会伴有冒烟起泡现象，有烧焦毛发气味，灰烬多且呈现为光泽的黑色松脆块状；羊绒燃烧时，情况与羊毛相似，略有不同的是，羊绒能够迅速燃烧，呈松脆状，一压就碎。此方法虽然操作简单，但主观性较强，在分辨相似纤维时还需要采用其他手段予以辅助验证。

（2）染色法

染色法鉴别纤维，主要是利用不同纤维对染料上色有不同的反应，通过区分染色效果来区别纤维种类，选用的染料有品红、靛蓝、苦味酸等颜色明显的染料。染色法一般可分为冷染法和沸染法，主要看是否需要加热，同一种纤维用不同的染色方法也会出现不同的颜色，如棉纤维采用冷染法是紫色，用沸染法是土黄色。李艳红[4]等人用染色法区分羊绒和羊毛，由于羊绒比表面积大，鳞片薄且稀疏，染料分子易向内部扩散，故羊绒纤维比羊毛纤维的上染率高。

（3）溶解法

溶解法是一种最常用的纺织品纤维定量检测方法，工作原理是采用盐酸、硫酸、氢氧化钠、次氯酸钠等化学试剂，溶解掉需要检测的纺织品中的某种纤维，得到剩余物质，然后对这些剩余样品进行清洗、过滤、烘干、冷却等处理，称量剩余样品的重量，通过差值计算，得出溶解部分的含量。该方法一般是在知道纺织品纤维成分后，对其中某种纤维进行定量分析时使用，此外该方法对检测人员有一定要求，需要检测人员准确把握溶剂浓度、加热温度、纤维溶解速度等，检验效率相对较低，对样品也有一定的损耗。由于实验过程中使用到具有一定溶解性质的试剂，对检测人员的身体健康可能有一定影响，对化学试剂的处理也会面临废水处理等一系列环保问题[5]。

1.2 物理分析法

（1）感官法

感官鉴别法是一种非常传统的鉴别方法，通过人的感觉器官来感受纤维的外观形态、色泽、纤维长短、弹性、硬挺度、冷暖感等来判断纤维大类。例如，相比于化学纤维，天然纤维的长度、粗细差别较大，含杂质较多，色泽表现不均一等。各种天然纤维差别也比较明显，如棉纤维手感柔软，苎麻纤维则较粗硬，蚕丝纤维则具有独特的光滑冷感；其长度差别也较大，蚕丝很长，棉纤维则很短，羊毛和苎麻纤维介于两者之间；其所含的杂质种类差别也较大，与天然纤维的生长生产环境关系很大，棉纤维中易含有碎叶、种子类杂质，苎麻中易含有枝叶、麻碎屑等，羊毛则可能会有粪尿、汗渍、油脂等。个别的化学纤维，也有其明显特性便于区分，如氨纶弹性非常大等。

（2）熔点法

熔点法可以用来鉴别合成纤维中的纤维种类，其原理是各合成纤维的熔融特性不同，通过仪器记录纤维消失时的温度即为纤维的熔点，对比各种纤维熔点，来推断其纤维种类。对于某些化学纤维的熔点比较接近，或者有些纤维没有明显的熔点时，该方法不太适用。一般熔点法不作为单独的鉴定方法使用，而是作为一种验证辅助方法。

（3）显微镜法

显微镜法就是利用显微镜仪器，对纤维的横截面、纵截面进行观察，通过对纹理变化、外观形态等进行物理上的鉴别，来判断纤维种类。这种方法看似简单，但相比其他物理方法是比较精密的一项工作，需要工作人员观察仔细、责任心强。有的纤维外观形态差异不大，或检测人员经验不丰富、观察不仔细时，就容易出现鉴别错误的情况，通常通过该方法进行初步鉴别后，有时还需要再借助其他方法进行验证。

由于显微镜法是主观而非客观的测试方法，不同检测人员之间对纤维的主观判定不同可能会出现不同的检测结果[6]，为了解决这一难题，业内开展了关于图像处理和识别技术的研究。运用数字图像处理技术，开发对应的自动化检测，代替人工检测，可有效提高工作效率和检测精度。

应乐斌[7]将数字图像处理技术应用于织物经纬密度和纤维混纺比的检测，提出了一种基于图像处理技术检测织物经纬密度的快速可靠检测方法，和一种基于纤维纵向显微图像，对混纺织物纤维的自动识别方法，并编写了能够人机交互的混纺比检测软件。李学佳[8]等人研究了图像处理技术在纤维细度检测、纤维含杂量检测、羊绒与羊毛纤维鉴别等方面的应用。潘全[9]等人研究了图像处理技术和采集技术在棉麻织物纤维含量测定中的应用，对纤维进行全局视场的扫描，通过自动提取、测量、识别、统计等，能高效、准确得出棉麻含量。邵金鑫[10]等人研究了图像处理技术在人眼无法识别的高速棉纤维梳理图像中的应用，通过提取去噪、超分辨率重构、多尺度边缘检测、增强算法勾画等操作，得到可供人眼识别的清晰图像。

2 织物纤维检测的新型检测技术及应用

经常使用的纤维鉴别方法，无论是物理方法还是化学方法都有一定的局限性。例如，显微镜法虽然是一种最直观的鉴别方法，但是只是适合形态特征明显的天然纤维及部分再生纤维，形态特征差别不大的合成纤维不适合此法，并且该方法受人为主观影响较大；化学溶解法，使用面积较广，但是实验中使用的有害化学溶剂对检测人员健康和环境都会产生影响；燃烧法简单便捷，但一般只适用于燃烧特征比较明显的天然纤维或纤维大类，不适用于细分合成纤维以及复合纤维等[11]。

便捷、高效、环保、准确的纤维鉴定方法已经成了纺织品检测人员的追求目标，近年来，为了适应纤维加工工艺发展的需要，大量基于光谱技术的检测方法也被应用于纤维的检测及鉴定过程，主要包括红外光谱法、X 射线衍射法、拉曼光谱法。

2.1 红外光谱法

红外光谱法是通过测定纤维超分子结构的结晶度和取向度来鉴别纤维，可对纤维形态结构进行精确定量和微量分析。红外光谱法的检测原理是当连续波长的红外光照射到样品时，物质分子会选择性吸收与其所含官能团固有振动频率相等的红外光，发生能级的跃迁，从而产生红外吸收光谱，故红外谱带反应了分子中基团、化学键信息。不同纤维的官能团不同，或单体的连接方式和空间相对关系不同，其产生的红外吸收峰的峰位和强度都会有所差异，将试样的红外光谱与已知红外光谱进行比较从而鉴别出纤维种类。

红外光谱法具有检测样品无损坏、灵敏度高、操作便捷等优点，但也有一定的缺点，如对测试环境温度要求高、制样复杂、检测周期长等。在织物纤维成分检测中常用到的红外光谱技术主要有：傅立叶变换红外光谱法、变换衰减全反射红外光谱法、近红外漫反射光谱法、显微红外光谱法。不同的检验方法有不同的主要检验范围和相应的纤维种类，需要结合实际情况，选取合适的检验方法。

（1）傅立叶变换红外光谱法

常规的红外光谱法不仅可以对纤维进行定性、定量分析，还可以对一些样品进行混纺率的测定，以及纤维结构性能的分析，该方法技术比较成熟，广泛应用于织物纤维检测中[12]。在纤维种类鉴定方面，红外光谱法可以鉴别棉与麻、羊毛与羊绒、棉与粘胶等化学结构相似但物理特性不同的纤维[13]。在混纺率测定方面，程鑫桥[14-15]等人研究了红外光谱法在人造革基布纤维以及羊毛/腈纶混纺物的定量分析中的应用，分析了粘纤、涤纶及其混合物和羊毛、腈纶及其混合物红外光谱特征，建立了其混合物定量分析模型。在纤维结构分析方面，胡文冉[16]等人通过一种化学预处理达到棉花纤维细胞壁断裂破碎而细胞壁组分结构不破坏的效果，使用红外光谱技术实现了对棉花纤维细胞壁真实结构的分析。

（2）衰减全反射红外光谱法

衰减全反射红外光谱法是一种通过样品表面的反射信号分析物质表层有机组分和无机组分的结构信息的方法，克服了红外光谱制作样品复杂、繁琐的缺点，无需对样品进行预处理，可直接进行光谱扫描，获取的谱图特征峰尖锐，易识别，可准确检测出纤维种类。衰减全反射红外光谱法适用于鉴定二组分织物和少量的三组分织物，不适合鉴定更多组分的纺织物[12]。魏子涵[17]等人采用衰减全反射红外光谱法测试了大量的单组分及二组分混纺织物，建立了涤纶/棉、涤纶/羊毛、涤纶/锦纶、蚕丝/棉、涤纶/粘胶等纯纺及混纺织物的图谱库。

（3）近红外光谱法

物体对光的散射率会随着波长的减少而增大，近红外光谱是780 nm～2 526 nm 范围的电磁波，其波长比中红外区短，所以散射率会更高，得到的信噪比会更高，线性范围也更宽。近红外光谱是一种化学计量学方法、数学模型、光谱仪器相结合的分析技术，具有快速、准确、无损、高效、绿色无污染、操作简单等优点[18]，适用于固态、液态、气态样品的检测，在织物成分分析中具有优越性，尤其在纤维含量定量分析中有大量的应用[19]。

张帆[20]等人应用近红外光谱法研究了281 个棉-氨纶混纺样品，分析了样品颜色和织物结构的影响，建立了棉-氨纶混纺织物的纤维含量的近红外定量模型，实现了棉-氨纶混纺纤维的高效化、无害化检测。王京力[21]等人利用近红外光谱法研究了200 个棉-聚酯-氨纶混纺样品，利用偏最小二乘法建立棉-聚酯-氨纶混纺物校正模型，缩短了检测时间，提高了检测效率。刘荣欣[22]等人采集了134 个毛涤混纺织物的近红外光谱，建立了毛涤混纺织物中毛含量定量校正模型。管丽媛[23]等人利用近红外光谱法分析亚麻纤维化学成分，建立亚麻纤维化学成分的近红外模型。田玲玲[24]等人利用近红外光谱法对103 个桑蚕丝-氨纶两组分含量进行检测，采用光谱定标新算法建立定标数据库。彭玉梅[25]等人应用近红外光谱技术采集了66 份苎麻材料的光谱，建立了苎麻粗纤维含量的校正模型。

（4）显微红外光谱技术

常规红外光谱与红外显微镜附件的组合，就可进行显微红外光谱分析，可以进行单根纤维的检测。与常规红外光谱相比，显微红外光谱的制样要求少，有可能不需要制样，不破坏样品，实现无损检测。进入显微镜的光束被聚焦后，照射在样品的光斑在微小的空间内有非常高的光通量，所以显微红外光谱法可以检测微小尺寸样品，是一种微量分析技术[26]。

显微红外光谱技术的优点有：样品需求量极少、检测灵敏度高、检测限低、样品制备简单且无损害、可实现显微镜对样品待分析部位定位和观测等。在纤维检验中能够进行种类鉴别，对于难分离的混合纤维的测试有突出优势，能够鉴别单根双组分纤维的成分，为各种混纺纤维的鉴别提供简便有效的方法，是对现有检测方法的有效补充[12]。

2.2 X 射线衍射法

由于不同种类的纤维X 射线衍射图谱具有不同特性，根据X 射线衍射的方向和强度确定纤维晶细胞的晶系、晶粒尺寸、结晶度和取向度，达到鉴别纤维的目的。X 射线衍射法的原理是由于每种结晶物质都具备其特有的结构参数，当波长等于原子间距离的准直电磁波束与晶体中分子的周期性阵列相互作用时，就会发生衍射，产生独特的衍射花样，该衍射花样正好可以表示该物质的晶体结构。X 射线衍射作为研究材料内部晶态结构的重要方法之一，并且具有无损检测的优点，其在纤维结晶结构研究方面有大量的应用。

李龙[27]等人利用X 射线衍射来检测棉秆皮纤维，根据X射线衍射图的分峰结果计算棉秆皮纤维的结晶度、结晶指数和晶粒尺寸等结晶结构参数。张超[28]等人研究了X 射线衍射法在锦纶66 纤维中的应用，并根据X 射线衍射图谱计算出锦纶66 纤维的结晶度、取向度等结晶结构参数。许鹏[29]使用XRD 和拉曼光谱技术研究了在发育阶段过程中，棉纤维的纤维素结晶度的变化情况，提出了一种新的棉纤维纤维素结晶度评估方法，该方法可应用于发育、成熟阶段的棉花纤维素结晶度的评估。

2.3 拉曼光谱法

每种物质由于其化学组分和分子结构的不同，都有其独特的拉曼特征峰，拉曼光谱线的大小、位移、数量以及拉曼光谱带的强度等反应出丰富的物质结构信息。拉曼光谱法是通过对纺织纤维拉曼谱图的定性分析，对物质进行拉曼光谱分析后，得到标准拉曼谱图，建立特征数据库，实现纺织纤维的定性鉴别。拉曼散射的原理是单色光束照到物质上，当入射光光子与物质分子相互作用产生非弹性碰撞时，光子与分子之间发生能量交换，光子改变了运动方向和频率，这种散射过程称为拉曼散射。

目前常用的拉曼光谱技术有傅立叶变换拉曼光谱、显微共焦拉曼光谱、表面增强拉曼光谱、激光共振拉曼光谱等。每种拉曼光谱技术都有其特点，其中傅立叶变换拉曼光谱技术能克服荧光干扰，适用于荧光强、颜色深的样品；显微共焦拉曼光谱技术将显微镜与拉曼光谱仪组合，可以直观的观察检测样品的外观结构等；表面增强拉曼光谱技术通过增强拉曼强度，可以有效获取常规拉曼不能获取的信息，适用于吸附界面的表面状态研究；激光共振拉曼光谱技术利用共振原理使谱带增强，灵敏度提高，适用于检测量少、浓度低的样品[30]。

拉曼光谱法相比常规纤维检测方法，具有诸多优点[2]：对样品的大小和形状等没有特殊的要求，所需的样品量少，对样品无需做特殊处理，并且能检测的样品范围广，可以是矿石、聚合物、动物组织、催化剂等；检验时只需要保证激光可以照射到样品上即可，检验过程对样品没有损坏，特别适合对稀有或珍贵样品的分析测试，并且检验后也不会产生废弃物；检测灵敏度高、速度快、准确率高，可到达单分子检测水平，能够提供丰富的化学信息。由于水的拉曼光谱很微弱，所以拉曼光谱法非常适合水溶样品的检测。拉曼光谱法也有一定的缺点，就是会产生荧光干扰，当样品检测产生较强的荧光时，会覆盖样品拉曼光谱信息，检测结果将不能有效的鉴定产品成分[31]。

通过大量的文献调研发现，目前拉曼光谱技术在织物纤维检测中的应用，主要集中在纤维成分分析、纤维结构分析、纺织品染料分析等方面[32]。在纤维成分分析研究方面，主要集中对各种单组分和多组分纤维、天然纤维和化学纤维的鉴定；在纤维结构分析方面，主要集中在羊毛、羊绒、海马毛等纤维结构的研究；在纺织品染料分析方面，主要集中在染色纤维和染料的鉴定方面。

（1）纤维成分分析

拉曼光谱技术相比其他常用的纤维检测技术灵敏度高，经常用来鉴定纤维成分。何林[33]利用拉曼光谱技术对大量的涤纶纤维样品进行检测发现，拉曼光谱技术集合相关数据处理技术，能对不同色系和不同主要成分的样品进行有效区分，可以区分不同厂家的样品，甚至可以区分同一厂家不同批次的样品，展现了拉曼光谱技术在案件侦察纤维鉴别中的重要检测地位。

吴俭俭[32]等人通过对大量单组分和多组分纤维样品的拉曼光谱检测，发现拉曼光谱可快速鉴别纺织纤维的成分，尤其在检测合成纤维和混纺织物时优势明显，并分析了染料、荧光、水分、颜色、熔点、组织结构、纤维含量等因素对拉曼光谱检测结果的影响。许敏[34]等人对光谱数据采取荧光背景扣除、小波变换等预处理方法，证明使用便携式拉曼光谱仪器可以快速、有效的鉴别棉涤床上用品纤维成分的真伪。

（2）纤维结构分析

拉曼光谱技术在分子结构鉴别方面有明显优势，在纤维检测工作中对纤维结构研究发挥了重要作用。张丽文[35]应用拉曼光谱技术研究变异山羊绒纤维的最佳表面处理工艺，另外对变异山羊绒的表面鳞片层和内部皮质层的蛋白质二级结构进行表征，建立了变异山羊绒纤维的原纤维拉曼光谱数据库。周安杰[36]等人利用拉曼光谱技术，研究了经亚硫酸盐预处理和在不同拉伸率下马海毛纤维二级结构的变化情况，充分发挥了拉曼光谱技术在研究马海毛二级结构变化过程的优势。

（3）纺织品染料分析

纺织品在日常生活中经常会根据实际需要进行染色，纤维上的染料经常会对检测结果有一定的干扰，关于拉曼光谱技术在染色纤维的鉴定中的应用开展了大量研究。王雅晨[37]等人使用表面增强拉曼光谱技术，检测分析分散红、分散蓝染色的单组分棉纤维和粘胶纤维，研究发现，制得的表面增强试剂在785 nm 和633 nm 激发波长下对染色纤维上的染料均具有拉曼增强效果，获得的拉曼散射峰为对应种类纤维的特征拉曼散射峰。罗仪文[38]等人使用显微激光拉曼光谱仪，检测了18 种蓝、黑、红染料及其染色的棉纤维、苎麻纤维、粘胶纤维，研究表明显微激光拉曼光谱是检测染料及其染色纤维的有效手段，染色纤维的拉曼光谱基本反映的是染料的拉曼信号。

3 国内外关于纤维检测方法的标准现状

织物纤维含量是一个对服装质量和消费者身体健康影响很大的关键要素，各国都十分重视纺织品的纤维成分，中国、美国、欧盟、日本和国际标准组织（ISO）都制定了纺织品纤维含量检测方法的相关标准。由于各国的技术水平和经济发展水平存在差异，纺织品的原材料产地和生产技术也各有不同，各国的纤维含量检测方法也存在较多不同。

3.1 美国

美国纺织品的试验方法标准化组织主要有美国纺织染色家与化学家学会（AATCC）、美国材料试验协会（ASTM）、美国联邦消费品安全委员会（CPSC），常用的标准主要是AATCC 20《纤维定性：分析》和ASTM D276《纺织品纤维的鉴定方法》[5,6,39]。在检测中经常使用到的检验方法有显微镜法、化学溶解法、燃烧法、红外光谱法、熔点法、双折射率法、密度梯度法、着色法等[39]。

3.2 日本

日本对纺织品的品质要求比较高，进入到日本的纺织品一般要求符合日本工业标准（JIS）要求[6]。常用的检验标准有JIS L 1030-1：2006《纤维混合物含量分析测试方法 第1 部分：纤维鉴别的测试方法》[5,39]。日常检测中，经常使用到的检验方法有显微镜法、化学溶解法、燃烧法、红外光谱法等[39]。

3.3 中国

我国采用的纺织品检测标准主要是国家标准系列和纺织品行业标准，由于我国在标准化工作方面一直有尽量采用国际标准的要求，所以很多检验方法标准等同或修改采用国际标准化组织（ISO）的标准，技术内容、指标要求等一般与国际标准要求一致。经常用到的鉴别纺织品标准有FZ/T 01057-2007《纺织纤维鉴别试验方法》系列标准、《芳香族聚酰胺纤维的鉴别方法》和《七种纺织纤维的系列鉴别方法》等[39]。

4 结束语

我国作为一个出口贸易大国，对于纺织产品而言，为了能够保证其质量满足世界其他各国要求，就需要不断提升纤维织物的检测技术水平和手段，加强对纺织品纤维定性定量检测，确保纺织纤维产品质量符合国家和全球化标准要求。现有的各种检测手段均有其突出特点，但真正在实操检验中需要将多种检测手段交替使用，才能实现对织物纤维准确的定性和定量分析。另外，每种光谱检测技术本身也可以与其他先进技术相结合发展，结合实际检测需求挖掘更多的组合检测方法。