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　　摘要：

　　本文簡單介紹了拉曼光譜的原理、拉曼光譜分析技術(shù)在紡織纖維定性方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合目前纖維定性鑒別的方法，提出了將拉曼光譜用于紡織纖維定性的可行性，突破了現(xiàn)有檢測方法存在的局限。

　　關(guān)鍵詞：

　　拉曼光譜；定性；紡織纖維；應(yīng)用

　　隨著新技術(shù)的不斷更新，新的化學(xué)纖維層出不窮，為了充分利用各種化學(xué)纖維的優(yōu)良性能以滿足各種用途的需要，多種化學(xué)纖維與天然纖維混紡或交織的產(chǎn)品愈來愈多，給纖維檢驗工作帶來了很大困難，因此開發(fā)新型檢測技術(shù)，提高纖維定性水平，簡化檢驗程序尤為重要。本文簡單介紹了一種新型的檢測技術(shù)“拉曼光譜”的原理以及其在紡織纖維定性工作中的發(fā)展應(yīng)用。

　　1紡織纖維定性檢驗方法現(xiàn)狀

　　紡織纖維含量檢測是纖檢部門檢測的重要項目之一。在紡織品纖維含量檢測過程中，首先需要對紡織品中不同的纖維組分進(jìn)行定性，來確定紡織品纖維組分。目前，纖檢部門常用的鑒別方法包括顯微鏡觀察法、燃燒法、化學(xué)溶解法、熔點試驗法、紅外光譜分析法等幾種。最常用的是燃燒法、顯微鏡法和化學(xué)溶解法[1]。

　　燃燒法和顯微鏡觀察法以及化學(xué)試劑法在定性檢測中都有一定的局限性，例如粘膠纖維、莫代爾、萊賽爾3種再生纖維素纖維，它們在顯微鏡下的形態(tài)以及燃燒現(xiàn)象很相似，難以很好地區(qū)分。有的檢驗需要采用化學(xué)溶解的方法，常用幾種有毒的化學(xué)試劑[2](如二甲基甲酰胺、甲酸/氯化鋅等)，不僅給檢驗人員身體健康帶來危害，而且對大氣造成污染。紅外光譜定性分析方法雖然可以準(zhǔn)確地鑒別紡織纖維，在纖維定性中得到了很多應(yīng)用，但是它對測試環(huán)境溫濕度要求較高、檢測周期長，樣品制作麻煩。

　　近來，環(huán)保、快速、準(zhǔn)確的檢驗方法已成為紡織品檢驗人員的追求目標(biāo)。拉曼光譜定性檢測方法因具有需要樣品量少、不需前處理、測試速度快、對樣品無損害、測試結(jié)果準(zhǔn)確、不產(chǎn)生污染物等諸多優(yōu)點，可以有效地解決紡織行業(yè)現(xiàn)行方法存在的問題。

　　2拉曼光譜測量原理

　　2.1拉曼光譜原理

　　拉曼散射是光照射到物質(zhì)上發(fā)生的非彈性散射所產(chǎn)生的。單色光束的入射光光子與分子相互作用時可發(fā)生彈性碰撞和非彈性碰撞，在彈性碰撞過程中，光子和分子間沒有能量交換，光子只改變運動方向不改變頻率，這種散射過程稱為瑞利散射。而在非彈性碰撞過程中，光子與分子之間發(fā)生能量交換，光子不僅僅改變運動方向，同時光子的一部分能量傳遞給分子，或者分子的振動和轉(zhuǎn)動能量傳遞給光子，從而改變了光子的頻率，這種散射過程稱為拉曼散射。拉曼散射分為斯托克斯散射和反斯托克斯散射[3]。

　　拉曼光譜具有以下特點：

　　(1)檢測范圍廣，拉曼光譜可以檢測所有的無機和有機化合物、高分子混合物。

　　(2)檢測靈敏度非常高、速度快、無損、無污染。拉曼光譜方法是一種純粹的化學(xué)檢測方法，其檢測過程不需制樣、不損害樣品、不產(chǎn)生污染物、分析周期短、重復(fù)性好。

　　(3)拉曼光譜檢測所需試樣不受水的影響，而且對樣品的大小沒有要求，可以檢測微量樣品。雖然近紅外也可以適用于各種類型的試樣，但實際操作仍然有許多困難。

　　2.2拉曼光譜儀的測量原理

　　拉曼光譜儀的測量原理如圖1所示，將一塊樣品放在儀器上，用激光束照射，儀器會自動產(chǎn)生拉曼光譜圖，樣品的組成不同，所測得的譜圖不同，根據(jù)譜圖的特征來辨別樣品的組成。

　　3拉曼光譜的發(fā)展和應(yīng)用

　　拉曼光譜技術(shù)是定性分析的強有力的工具。拉曼光譜常包含有許多確定的能分辨的拉曼峰，所以，原則上應(yīng)用拉曼光譜分析可以區(qū)分各種試樣。不過，所有可能的純凈材料和它們的混合物的數(shù)量是無窮盡的，僅有少量的簡單分子及其混合物的拉曼光譜，在與其他式樣的光譜相比較時，能輕易地區(qū)別出來。所以，定性分析的一個必要工作是根據(jù)測得的拉曼光譜判定出可能的材料和混合物，限定這些可能物的數(shù)量。這一工作的完成需要應(yīng)用試樣的其他信息，例如試樣的來源和經(jīng)歷，是否是混合物，它的物理性質(zhì)和外貌以及其他技術(shù)得到的資料[4]。

　　拉曼光譜之所以一開始就受到重視，是因為它與紅外光譜有相同的波長范圍，但操作比紅外光譜簡單。目前，拉曼光譜已廣泛應(yīng)用于考古、醫(yī)學(xué)、石油化工、林業(yè)和法庭科學(xué)等諸多領(lǐng)域。隨著激光技術(shù)的發(fā)展和檢測裝置的改進(jìn)，拉曼光譜技術(shù)在當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中必將得到越來越廣泛的應(yīng)用。王文科用激光拉曼光譜對乙醇、甲醇的混合物進(jìn)行了研究，結(jié)果表明用工業(yè)酒精甚至甲醇勾兌的假酒利用拉曼光譜法鑒別是可行的。

　　4拉曼光譜在纖維定性方面的應(yīng)用情況

　　在拉曼光譜分析紡織纖維結(jié)構(gòu)方面，近幾年的研究主要集中于以下幾個方面：復(fù)合材料的界面和機體結(jié)構(gòu)的測定，再生蠶絲制備過程中，分子鏈規(guī)整度和取向度變化的測定；絲素經(jīng)酶處理后，高分子結(jié)構(gòu)的變化研究以及羊絨和羊毛分子結(jié)構(gòu)研究，而在纖維成分分析方面有如下研究：鑒別天然綠色棉和染色棉；研究聚丙烯、羊毛、聚酯和一些天然纖維的鑒別方法；對染色纖維中染料的分析以及比較紅外光譜與拉曼光譜對染色纖維區(qū)分的效果。吳儉儉等用拉曼標(biāo)準(zhǔn)譜圖試驗區(qū)分了聚酯纖維PET和PTT，并提出了利用單組分樣品的標(biāo)準(zhǔn)化譜圖建立特征表數(shù)據(jù)庫的建議。拉曼光譜特別適合于鑒別化學(xué)結(jié)構(gòu)相近的同類纖維，如萊賽爾、莫代爾、銅氨等再生纖維素纖維以及聚酯纖維(PET、PBT、PTT)。

　　拉曼光譜主要用在針對混紡織物的纖維定性鑒別中，由于每種纖維的分子組成不一樣，得出的光譜圖也各有特征。首先采取各種不同的纖維的單組分織物在拉曼光譜儀上測出光譜圖，采用提取特征值、特征表的方法記錄每種纖維的特征峰個數(shù)、特征峰的值以及對應(yīng)的X軸上的值建立數(shù)據(jù)庫，再將待測樣品進(jìn)行測量得出的譜圖與數(shù)據(jù)庫中的值進(jìn)行對比，即可得出織物的纖維組分。該方法能滿足纖維檢測的要求，并以快速、無損、環(huán)保的優(yōu)點彌補了傳統(tǒng)方法的不足，具有很高的應(yīng)用價值。

　　雖然紡織纖維的拉曼光譜檢測方法具有方便、快速、環(huán)保、穩(wěn)定等優(yōu)點，但受限于其測量原理，拉曼光譜在纖維鑒別中也存在一些局限性，比如熒光物質(zhì)、纖維熔點、黑色染料、纖維含量等因素的影響。與紅外光譜分析法比較，對檢測環(huán)境的溫濕度無特別要求，樣品無需特殊處理，特別適合檢測含水的樣品。

　　5結(jié)論

　　顯微鏡法、燃燒法、溶解法鑒別紡織纖維是目前定性行之有效的方法，但由于新的化學(xué)纖維不斷出現(xiàn)，用以上方法就難以區(qū)分了。拉曼光譜技術(shù)是定性分析的強有力的工具，其快速、無損、環(huán)保的優(yōu)點彌補了傳統(tǒng)方法的不足，具有很高的應(yīng)用價值，拉曼光譜技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用到了考古、醫(yī)學(xué)、石油化工、林業(yè)和法庭科學(xué)等諸多領(lǐng)域。

　　隨著激光技術(shù)的發(fā)展和檢測裝置的改進(jìn)，拉曼光譜技術(shù)在紡織纖維定性工作中必將得到越來越廣泛的應(yīng)用，當(dāng)然，目前依然面臨著一些急待解決的問題，如建立一個所有纖維拉曼光譜特征峰的數(shù)據(jù)庫、檢測裝置的改進(jìn)等，這些都是目前有待于開發(fā)的課題。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] FZ/T 01057—2007紡織纖維鑒別試驗方法[S].

　　[2] GB/T 2910—2009紡織品定量化學(xué)分析[S].

　　[3]喬西婭,戴連奎,吳儉儉.拉曼光譜特征提取在化學(xué)纖維定性鑒別中的應(yīng)用[J].光譜學(xué)與光譜分析,2010,30(4):975-978.

　　[4]田國輝,陳亞杰,馮清茂.拉曼光譜的發(fā)展及應(yīng)用[J].化學(xué)工程師，2008，(1):34-36.

　　(作者單位：天津市紡織纖維檢驗所)文/董琳琳 肖宏曉