光纖傳感在線檢測系統(tǒng)測定雙組份染料濃度

于小娟，田俊瑩，趙曉明，張健飛

（天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)部，天津 300387）

在印染加工中，為了獲得一定的色調(diào)，往往需要對2種或2種以上的染料進行拼混染色[1].要想了解混合染料中某一染料的上染情況，必須測出此染料在溶液中的濃度或其在染物上的染料量[2].但目前尚沒有較為成熟的染色濃度在線檢測裝置和分析方法，其難點主要在即時性、準確性和大的濃度范圍適應(yīng)性等方面[3].隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，光纖已成為大有前途的新型基礎(chǔ)材料，與之相伴的光纖技術(shù)也以新奇、便捷的特點受到人們的關(guān)注[4].光纖傳感在線檢測系統(tǒng)是一套能對染色濃度進行在線檢測的新型裝置，此系統(tǒng)將光纖技術(shù)運用到染料濃度在線監(jiān)測中，可視作一大創(chuàng)新.光纖傳感在線監(jiān)測系統(tǒng)能對染液進行原位全波段或多波段的實時光譜分析，得到瞬時的吸光度-時間、吸光度-波長光譜圖和多波長點吸光度數(shù)據(jù)，從而獲得染液中染料的瞬時上染率和上染率-時間曲線等相關(guān)信息.不僅反應(yīng)靈敏，能探測到微小的濃度變化，而且傳輸速度快，可以實時監(jiān)測染液中的濃度變化情況.本文應(yīng)用光纖傳感在線檢測系統(tǒng)測定混合染液的吸光度，用一階導(dǎo)數(shù)分光光度法和解聯(lián)立方程兩種方法計算混合染料濃度，并比較兩種方法的靈敏度和準確度.

1 實驗部分

1.1 材料與設(shè)備

所用材料包括:活性紅6G、活性紅2G、活性藍3G，均為工業(yè)純，由亨斯邁公司提供.

所用設(shè)備包括:SE602F型電子天平，上海奧豪斯儀器有限公司產(chǎn)品；光纖傳感在線檢測系統(tǒng)，如圖1所示，南京達元智能科技有限公司產(chǎn)品.

圖1 光纖傳感在線檢測系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of optical fiber sensor system

1.2 聯(lián)立方程法

配置一定濃度的活性紅6G、紅2G、活性藍3G溶液，用光纖傳感在線檢測系統(tǒng)測出染料在λmax下的吸光度值，繪制吸光度與濃度的標準曲線，確定其吸光系數(shù).紅6G、紅2G和藍3G的最大吸收波長和吸光系數(shù)如表1所示.

表1 紅6G、紅2G、藍3G的λmax和吸光系數(shù)（K）Tab.1 λmaxand absorptivity of reactive red 6G，red 2G and blue 3G

設(shè)混合染液中有2種染料A和B，其濃度分別為C1、C2，在各染料的最大吸收波長 λ1max、λ2max處，混合染液的吸光度分別為Xl、X2.根據(jù)多組份體系中吸光度具有加和性可得:

式中:Kla、K2a為各染料在 λ1max處的吸光系數(shù)；K1b、K2b為各染料在λ2max處的吸光系數(shù).通過解上述方程組，可得各個組分的濃度[5].

1.3 導(dǎo)數(shù)分光光度法

配制染料A和染料B的系列濃度溶液，測各溶液的吸光度-波長曲線，根據(jù)吸光度-波長曲線繪制導(dǎo)數(shù)-波長曲線；求一系列濃度的染料B在A的最大吸收波長處吸光度對波長的導(dǎo)數(shù)值，求導(dǎo)數(shù)值與濃度之間的直線方程；并以相同的方法求染料A在染料B的最大吸收波長處吸光度對波長的導(dǎo)數(shù)值與濃度之間的直線方程；測混合染料的吸光度-波長曲線并求導(dǎo)數(shù)，根據(jù)2種染料最大吸收波長處的導(dǎo)數(shù)值，由導(dǎo)數(shù)值與濃度之間的直線方程求出染料濃度[6].

2 結(jié)果與討論

2.1 顏色相差較遠的雙組份染液濃度測定

按1∶1、1∶10的比例配置不同濃度的活性紅6G和活性藍3G的混合溶液，然后用兩種方法分別測定它們的濃度，并計算誤差.計算結(jié)果如表2和表3所示.

表2 聯(lián)立方程法測定紅6G和藍3G的濃度Tab.2 Concentration measurement of reactive red 6G and blue 3G by simultaneous equations method

表3 導(dǎo)數(shù)法測定紅6G和藍3G的濃度Tab.3 Concentration measurement of reactive red 6G and blue 3G by derivative spectrophotometry

由表2、表3可以看出，聯(lián)立方程法和導(dǎo)數(shù)分光光度法對顏色相差較遠的雙組份染液濃度均有很好的測定結(jié)果，相對誤差都在10%以內(nèi).這主要是因為2種組分的最大吸收波長相差較遠，相互干擾較小，誤差也較小.

2.2 顏色相近的雙組份染液濃度測定

按1∶1、1∶10的比例配置不同濃度的活性紅2G和活性紅6G的混合溶液，然后用2種方法分別測定它們的濃度，并計算誤差，計算結(jié)果如表4和表5所示.

由表4、表5可以看出，聯(lián)立方程法對于顏色相近的染料來說，其濃度的測量存在很大的誤差，一般情況下，很難準確測定如橙和黃2種顏色的染料濃度.這主要是因為在2種組分的最大吸收波長距離很近的情況下，其吸光系數(shù)很接近，相互干擾大，當采用聯(lián)立方程的方法求解時，誤差變大.而導(dǎo)數(shù)分光光度法則比較穩(wěn)定，對顏色相近雙組份染液濃度的測定也有很好的效果.這是由于將待測物質(zhì)的吸收光譜曲線對波長進行一次求導(dǎo)，可消除隨波長線性變化的干擾，從而可以比較準確地測出雙組份染料的濃度.

表4 聯(lián)立方程法測定紅2G和紅6G的濃度Tab.4 Concentration measurement of reactive red 2G and red 6G by simultaneous equations method

表5 導(dǎo)數(shù)法測定紅2G和紅6G的濃度Tab.5 Concentration measurement of reactive red 2G and red 6G by derivative spectrophotometry

3 結(jié)論

（1）在使用光纖傳感在線檢測系統(tǒng)測定雙組份染料濃度時，聯(lián)立方程法對顏色差別比較明顯的染料有很好的測定結(jié)果，而測定顏色相近染料的雙組份染液的濃度時誤差很大.

（2）導(dǎo)數(shù)分光光度法比較穩(wěn)定，無論是測定顏色相差較遠染料的雙組份染液的濃度，還是測定顏色相近染料的雙組份染液的濃度均有較好的測定效果.

（3）光纖傳感在線檢測系統(tǒng)可對染浴上染過程中的染料濃度進行實時監(jiān)測，可以實現(xiàn)一次染色成功，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源消耗，提高生產(chǎn)效率，減少廢水排放，給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益.

[1]雷 波.分光光度法對混合染料濃度的同時測定[J].染整技術(shù)，2003，25（3）:35-37.

[2]殷先雄，王 棟，于永海，等.測定雙組分染料濃度的兩種方法比較[J].遼寧化工，2008，37（2）:131-133.

[3]房文杰.染液中染料組分的濃度分析[D].上海:東華大學(xué)，2011:2-4.

[4]竇光宇.光纖應(yīng)用大有作為[J].科學(xué)24小時，2007（6）:15-16.

[5]郝興盛，張 輝，強西懷.毛皮染色中混合染料上染率的測定[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報，2008，26（3）:35-38.

[6]齊寶坤，賀江南.導(dǎo)數(shù)光譜法鑒別羊毛纖維上的染料[J].廣東公安科技，1994（3）:21-25.