利用FTIR-ATR快速鑒別幾種常見產(chǎn)業(yè)用纖維*

張賢淼 董激文

(1.江蘇出入境檢驗(yàn)檢疫局紡織工業(yè)產(chǎn)品檢測中心，無錫，214101; 2.無錫出入境檢驗(yàn)檢疫局，無錫，214101)

利用FTIR-ATR快速鑒別幾種常見產(chǎn)業(yè)用纖維*

張賢淼1，2董激文1

(1.江蘇出入境檢驗(yàn)檢疫局紡織工業(yè)產(chǎn)品檢測中心，無錫，214101; 2.無錫出入境檢驗(yàn)檢疫局，無錫，214101)

利用衰減全反射傅里葉紅外光譜(FTIR－ATR)技術(shù)對幾種常見的產(chǎn)業(yè)用纖維——乙綸、丙綸、錦綸、滌綸、芳綸1313、芳綸1414、聚四氟乙烯纖維等進(jìn)行測試，通過提取各纖維紅外譜圖的特征峰及特征譜帶，實(shí)現(xiàn)從化學(xué)結(jié)構(gòu)上對幾種常見產(chǎn)業(yè)用纖維的定性鑒別。FTIR ATR技術(shù)采用點(diǎn)對點(diǎn)采樣，所需樣品量少，可實(shí)現(xiàn)無損檢測，且檢測周期短、測試靈敏度高、結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

產(chǎn)業(yè)用纖維，衰減全反射傅里葉紅外光譜，快速鑒別

產(chǎn)業(yè)用紡織品的使用環(huán)境通常要求纖維原料強(qiáng)度高，并具有較穩(wěn)定的耐化學(xué)和耐熱性能?；瘜W(xué)纖維性能優(yōu)良，耐久性好，價(jià)格優(yōu)勢明顯，故現(xiàn)已逐漸在產(chǎn)業(yè)用紡織品中占據(jù)統(tǒng)治地位。目前，產(chǎn)業(yè)用紡織品中超過80%的原料是化學(xué)纖維［1］。常用的產(chǎn)業(yè)用纖維，如乙綸、丙綸等，形態(tài)結(jié)構(gòu)相似，化學(xué)性質(zhì)多耐酸、耐堿，利用傳統(tǒng)的顯微鏡法或化學(xué)溶解法很難對它們進(jìn)行定性分析。本文根據(jù)FZ/T 01057.8—2012標(biāo)準(zhǔn)［2］，利用更為方便、快捷的衰減全反射傅里葉紅外光譜(FTIR－ATR)技術(shù)，對幾種常見的產(chǎn)業(yè)用纖維進(jìn)行測試分析，以為快速鑒別此類纖維提供依據(jù)。

紅外光譜分析的主要原理為，物質(zhì)分子吸收紅外輻射后，其振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)引起偶極矩的凈變化，使得分子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，從而可獲得分子的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，即紅外吸收光譜［3］。不同結(jié)構(gòu)的分子具有不同的紅外吸收方式，所得紅外譜圖各不相同，故紅外譜圖亦被稱為指紋譜圖?？筛鶕?jù)紅外譜圖推斷化合物中存在的化學(xué)鍵類型，進(jìn)而對物質(zhì)進(jìn)行定性分析。衰減全反射(ATR)作為傅里葉紅外光譜(FTIR)的一項(xiàng)重要輔助技術(shù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)透射光譜會對樣品原有結(jié)構(gòu)造成破壞、制樣較為復(fù)雜、制樣效果難以控制等缺點(diǎn)，已成為物質(zhì)表面性能分析的重要手段［4］，并在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

1 試驗(yàn)

1.1 樣品

選擇乙綸、丙綸、錦綸、滌綸、芳綸1313、芳綸1414、聚四氟乙烯纖維等用于定性鑒別。

1.2 設(shè)備

PerkinElmer Frontier傅里葉紅外光譜儀、ATR附件，ZnSe晶體，以及光譜采集與分析軟件——Spectrum One。

1.3 光譜的采集

掃描范圍為4 500～600 cm－1，掃描次數(shù)設(shè)為16次，分辨率為4 cm－1。

1.4 測試步驟

1.4.1 掃描背景譜圖

由于傅里葉紅外光譜儀是單光束儀器，故在采集樣品譜圖之前通常需先采集背景。

將ZnSe晶體空置，在掃描窗口下的“Scan”對話框中選擇“Background”，掃描得到背景譜圖。

1.4.2 掃描樣品譜圖

將樣品平放在ZnSe晶體上，測試面朝下，旋轉(zhuǎn)ATR附件固定鈕，使軟件顯示的壓力在總壓力承受范圍(0～150%)的90%左右，樣品與晶體緊密接觸。再在掃描窗口下的“Scan”對話框中選擇“Sample”，掃描得到樣品譜圖。

1.4.3 譜圖處理及檢索

2 結(jié)果分析

2.1 乙綸

乙綸(聚乙烯纖維，簡稱PE)的紅外譜圖如圖1所示:2 921和2 849 cm－1附近為亞甲基的伸縮振動(dòng)吸收雙峰;1 464和720 cm－1處為亞甲基的扭曲變形振動(dòng)吸收雙峰;990和830 cm－1處有兩條分裂較為明顯的雙峰，它們分別歸屬于RCHCH2中C—H鍵反式面外彎曲振動(dòng)和亞甲基面外彎曲振動(dòng);1 376 cm－1處有甲基的對稱變形振動(dòng)譜帶。

圖1 乙綸紅外譜圖

2.2 丙綸

丙綸(聚丙烯纖維，簡稱PP)的紅外譜圖如圖2所示:甲基、亞甲基的對稱伸縮振動(dòng)和不對稱伸縮振動(dòng)相疊加，形成了2 950、2 901、2 868、2 838 cm－1處的多重吸收峰;1 457 cm－1附近為亞甲基的彎曲振動(dòng)吸收峰;1 375 cm－1附近為甲基的彎曲振動(dòng)吸收峰;973和1 166 cm－1處呈現(xiàn)的是特征峰;1 250～830 cm－1區(qū)域出現(xiàn)一系列尖銳的中等強(qiáng)度吸收帶(1 116、997、899、840 cm－1)與分子鏈的螺旋排列有關(guān)。

圖2 丙綸紅外譜圖

2.3 錦綸

錦綸(聚酰胺纖維，簡稱PA)的紅外譜圖(圖3)主要由酰胺基的振動(dòng)和亞甲基鏈的振動(dòng)吸收組成:1 640 cm－1為最強(qiáng)譜帶(即酰胺Ⅰ帶)，由酰胺基上的羰基伸縮振動(dòng)吸收引起; 1 535 cm－1為次強(qiáng)譜帶(即酰胺Ⅱ帶)，為酰胺基中N—H鍵彎曲振動(dòng)和C—N鍵伸縮振動(dòng)的組合吸收峰;3 080 cm－1譜帶是酰胺Ⅱ帶的倍頻; 1 260 cm－1區(qū)域的譜帶為酰胺III帶，由酰胺基振動(dòng)產(chǎn)生;3 300 cm－1附近為酰胺基中N—H鍵伸縮振動(dòng)吸收峰;650 cm－1處的弱吸收峰歸屬于酰胺基面外搖擺振動(dòng)。

圖3 錦綸紅外譜圖

2.4 滌綸

滌綸(聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維，簡稱PET)的紅外譜圖如圖4所示:

1 720 cm－1附近的最強(qiáng)譜帶是羰基伸縮振動(dòng)引起的吸收峰;1 242和1 095 cm－1處的兩條譜帶歸屬于苯環(huán)上C—O鍵的伸縮振動(dòng);3 000～2 800及1 450～1 330 cm－1區(qū)域的譜帶由亞甲基振動(dòng)引起;730 cm－1處的譜帶由苯環(huán)上C—H鍵面外彎曲振動(dòng)吸收引起;872 cm－1處的譜帶歸屬于苯環(huán)上兩個(gè)相鄰的次甲基的變形振動(dòng);而1 620～1 450 cm－1間的譜帶較弱，這可能與分子對稱性有關(guān)。

圖4 綸紅外譜圖

2.5 芳綸

芳綸1313(聚間苯二甲酰間苯二胺纖維，簡稱PMIA，商品名Nomex)和芳綸1414(聚對苯二甲酰間苯二胺纖維，簡稱PPTA，商品名Kevlar)都是一種聚酰胺纖維，因此兩者具有聚酰胺的特征譜帶: 1 640 cm－1處是較強(qiáng)的羰基伸縮振動(dòng)引起的酰胺Ⅰ帶;1 540和1 260 cm－1處是酰胺基與N—H鍵變形耦合振動(dòng)引起的酰胺Ⅱ和酰胺III帶，且酰胺Ⅲ的吸收譜帶比酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ的吸收譜帶弱得多;650 cm－1處有酰胺基面外搖擺振動(dòng)引起的酰胺Ⅳ帶; 720 cm－1處為酰胺基面外彎曲振動(dòng)的酰胺Ⅴ帶。

但芳綸1313和芳綸1414的紅外譜圖還是有所區(qū)別的:芳綸1313在酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ和酰胺III帶均分裂為雙峰，而芳綸1414僅在酰胺Ⅱ帶為雙峰;芳綸1414在820 cm－1附近的吸收譜帶較芳綸1313強(qiáng)得多。

圖5 芳綸紅外譜圖

2.5 聚四氟乙烯纖維

聚四氟乙烯纖維(簡稱PTFE)的紅外譜圖如圖6所示:1 140～1 230 cm－1的區(qū)域內(nèi)有兩條由二氟甲基伸縮振動(dòng)引起的譜帶(1 203、 1 145 cm－1);有時(shí)還可在2 350 cm－1處觀察到它們的倍頻。由于含氟材料中的二氟甲基在1 200 cm－1附近伸縮振動(dòng)很強(qiáng)，因此即使是少量的氟也可被識別出來。

圖6 聚四氟乙烯纖維紅外譜圖

3 結(jié)語

紅外譜圖被譽(yù)為指紋譜圖，可通過特征峰、特征譜帶的位置及形態(tài)推斷化合物中存在的化學(xué)鍵類型，實(shí)現(xiàn)定性分析。FTIR－ATR技術(shù)采用點(diǎn)對點(diǎn)采樣，所需樣品量少，制樣簡單，具有非破壞性，可實(shí)現(xiàn)無損檢測，且定性結(jié)果準(zhǔn)確可靠，檢測靈敏度高，可為第三方檢測機(jī)構(gòu)快速鑒別常見的產(chǎn)業(yè)用纖維提供依據(jù)。

［1］金舜.產(chǎn)業(yè)用紡織品原料構(gòu)成的探討［J］.上海紡織科技，2002，30(5):45－46.

［2］全國紡織品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)分技術(shù)委員會.FZ/T 01057.8—2012紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法第8部分:紅外光譜法［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

［3］傅明源，孫酣經(jīng).聚氨酯彈性體及其應(yīng)用［M］.3版，北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006:27.

［4］張勇，曹春昱，馮文英，等.ATR－FTIR分析技術(shù)在制漿造紙工業(yè)中的研究與應(yīng)用［J］.光譜學(xué)與光譜分析，2011，31(3):652－655.

2016年《山東紡織科技》征訂啟事

《山東紡織科技》是山東省紡織工業(yè)唯一的綜合性科技期刊(國內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號CN37－1127/TS，國際標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)出版物號ISSN 1009－3028)，大16開本，雙月刊，公開發(fā)行。主要刊登紡織、印染及相關(guān)專業(yè)的紡織新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備的研究報(bào)告、學(xué)術(shù)論文、生產(chǎn)實(shí)踐及管理經(jīng)驗(yàn)等文章，并介紹國外紡織科技信息。主要欄目有經(jīng)緯論壇、研究探討、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)實(shí)踐、革新改造、儀器與檢測、服裝服飾、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、企業(yè)縱橫、綜述和科技博覽等。刊物已被中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)和中國萬方數(shù)字化期刊群等數(shù)據(jù)庫收入，是《CAJ－CD規(guī)范》執(zhí)行優(yōu)秀期刊。

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Rapid identification of several common indus trial fibers with FTIR ATR

Zhang Xianmiao1，2，Dong Jiwen1
(1.Textile Industry Product Testing Center of Jiangsu Entry-exit Inspection and Quarantine Bureau; 2.Wuxi Entry-exit Inspection and Quarantine Bureau)

The infrared absorption spectrum of several industrial fibers，such as PE，PP，PA，PET，PMIA，PPTA，PTFE，were tested with FTIR－ATR technology.Through analyzing characteristic peaks and brands of infrared spectrum of different industrial fibers，qualitative identification for several common industrial fibes from chemical construction was realized.FTIR－ATR technology had unique advantages such as point-to-point sampling，less sample，which could realize nondestructive examination andmake detection time shorten，measurement sensitivity higher，result exact and reliable.

industrial fiber，F(xiàn)TIR－ATR，rapid identification

TS15 7

:A

:1004－7093(2015)09－0031－05

*江蘇出入境檢驗(yàn)檢疫局科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014KJ21)

2015－01－06

張賢淼女，1987年生，技術(shù)員。主要從事紡織材料定性定量分析工作。