拉曼光譜儀在紡織纖維成分分析檢測(cè)中的應(yīng)用

拉曼光譜是一種光散射光譜，1928年印度物理學(xué)家拉曼發(fā)現(xiàn)拉曼散射效應(yīng)（即當(dāng)光穿過透明介質(zhì)被分子散射的光發(fā)生頻率變化），其所形成的光譜因此被命名為拉曼光譜。近年來，隨著科技的發(fā)展和儀器的進(jìn)步，拉曼光譜技術(shù)應(yīng)用也獲得飛速發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品安全檢測(cè)、文物考古、法庭科學(xué)、醫(yī)學(xué)檢測(cè)、寶石鑒定以及紡織纖維檢測(cè)等領(lǐng)域。

常用拉曼光譜技術(shù)

A、傅立葉變換拉曼光譜技術(shù)

傅立葉變換拉曼光譜技術(shù)是利用傅立葉變換技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理和收集，并通過多次疊加得到信噪比較高的拉曼光譜圖。一般采用1064nm的近紅外激光作為激發(fā)光源，分子的熒光不被激發(fā)，避免了許多樣品拉曼光譜中的熒光干擾，近90%的化合物可獲得拉曼光譜，對(duì)熒光強(qiáng)、顏色深的樣品更適用。這種技術(shù)克服了熒光干擾，具有測(cè)量波段寬、熱效應(yīng)小、光譜頻率精度高等優(yōu)點(diǎn)，且具有多通路的特點(diǎn)，能同時(shí)測(cè)定所有頻率。

B、顯微共焦拉曼光譜技術(shù)

顯微共焦拉曼光譜技術(shù)是在光路形成過程中引入了共焦顯微鏡，消除了來自樣品離焦區(qū)域的雜散光，形成空間濾波，使測(cè)試樣品可小到1μm的量級(jí)。通過兩根光導(dǎo)纖維將顯微鏡與拉曼光譜儀組合起來，可將激發(fā)光的光斑聚焦到微米量級(jí)，進(jìn)而對(duì)樣品的微區(qū)進(jìn)行分析，通過CCD和一個(gè)TV監(jiān)視儀，可以選擇有關(guān)分析所感興趣的任何樣品的任意部位，整個(gè)過程非常直觀，易于進(jìn)行觀察和控制。

C、表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)

表面增強(qiáng)拉曼主要用于吸附物質(zhì)的性質(zhì)、狀態(tài)研究。表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）效應(yīng)是指在特殊制備的一些金屬良導(dǎo)體表面或溶膠中，吸附分子的拉曼散射信號(hào)比普通拉曼散射（NRS）信號(hào)大大增強(qiáng)的現(xiàn)象，其拉曼強(qiáng)度可增強(qiáng)1000~1000000倍。表面增強(qiáng)拉曼具有極髙的靈敏度和選擇性，可以獲得常規(guī)拉曼光譜所不易得到的結(jié)構(gòu)信息，被廣泛用于表面研究，吸附界面表面狀態(tài)研究，生物大小分子的界面取向及構(gòu)型，構(gòu)象研究和結(jié)構(gòu)分析等，可以有效分析化合物在界面的吸附取向，吸附態(tài)的變化和界面信息等。

D、激光共振拉曼光譜技術(shù)

共振拉曼光譜（RRS）是基于共振原理發(fā)展而來的拉曼技術(shù)，它產(chǎn)生激光頻率與待測(cè)分析物分子的某個(gè)電子吸收峰接近或重合時(shí)，這一分子的某個(gè)或幾個(gè)特征拉曼譜帶強(qiáng)度可達(dá)到正常拉曼譜帶的10000~1000000倍，從而觀察到正常拉曼效應(yīng)中難以出現(xiàn)的、其強(qiáng)度可與基頻相比擬的泛音及組合振動(dòng)光譜，克服了常規(guī)拉曼靈敏度低的缺點(diǎn)，具有所需樣品濃度低，反映結(jié)構(gòu)的信息量大等優(yōu)點(diǎn)。與正常拉曼光譜相比，共振拉曼光譜靈敏度高，可檢測(cè)低濃度和微量樣品，尤其適合于對(duì)生物大分子樣品的檢測(cè)。

拉曼光譜技術(shù)在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用

1、紡織纖維定性定量分析

目前紡織纖維定性檢測(cè)方法有顯微鏡觀察法、燃燒法、化學(xué)溶解法、藥品著色法、熔點(diǎn)試驗(yàn)法和紅外吸收光譜法等。但這些方法都有一定的局限性。顯微鏡觀察法和燃燒法只能鑒別天然纖維或合成纖維；化學(xué)溶解法雖然能鑒別混紡產(chǎn)品，但其使用的有機(jī)溶劑對(duì)檢測(cè)人員身體健康有影響，而且還污染環(huán)境；紅外吸收光譜對(duì)測(cè)試環(huán)境溫度要求相當(dāng)高，制樣復(fù)雜，檢測(cè)周期長(zhǎng)，不能滿足快速檢測(cè)的要求。而拉曼光譜是一種振動(dòng)光譜，只與物質(zhì)自身的結(jié)構(gòu)相關(guān)；拉曼光譜技術(shù)對(duì)樣品無接觸、無損傷和無需制樣，可提供快速、簡(jiǎn)便無損傷的定性定量分析。

采用拉曼光譜分析法，通過對(duì)紡織纖維原始拉曼譜圖的特性分析，經(jīng)過光譜預(yù)處理得到信噪比更髙的標(biāo)準(zhǔn)拉曼譜圖，建立拉曼譜圖特征表數(shù)據(jù)庫，可實(shí)現(xiàn)對(duì)紡織纖維的定性鑒別。通過直接測(cè)取織物、紗線或纖維的拉曼光譜圖，結(jié)合光譜預(yù)處理技術(shù)與特征峰提取、匹配識(shí)別定性鑒別滌綸、腈綸、錦綸和粘膠等纖維，并通過對(duì)94份測(cè)試樣品的測(cè)試驗(yàn)證了算法的有效性。對(duì)照分析纖維素纖維、合成纖維和吸水性纖維等典型紡織纖維的紅外光譜和拉曼光譜圖，結(jié)果表明紅外光譜法及拉曼光譜法均可實(shí)現(xiàn)無損紡織品纖維定性鑒別，與紅外光譜法相比，拉曼光譜法操作更省力省時(shí)，更方便快捷。

2、紡織纖維結(jié)構(gòu)分析

拉曼位移的大小只與分子的能級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)，即拉曼位移就是分子的振動(dòng)頻率或轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，不同物質(zhì)的分子具有不同的能級(jí)結(jié)構(gòu)，因而具有不同的拉曼位移、拉曼線譜數(shù)目和拉曼相對(duì)強(qiáng)度，這是分子結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。

利用拉曼光譜研究碳纖維結(jié)構(gòu)，通過所得碳纖維的R值與La之間存在的線性關(guān)系表征碳纖維的結(jié)構(gòu)。同時(shí)借助顯微共聚焦拉曼光譜技術(shù)，分析碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)，還可對(duì)碳纖維單絲微滴復(fù)合材料的界面性能進(jìn)行一定的研究。利用激光顯微拉曼光譜技術(shù)對(duì)山羊絨和羊毛纖維的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，表明該技術(shù)能有效、方便地相對(duì)定量比較和研究山羊絨、羊毛纖維的二硫鍵含量、蛋白質(zhì)分子鏈的二級(jí)結(jié)構(gòu)及聚集態(tài)結(jié)構(gòu)等。

3、紡織品染料鑒定

隨著人們對(duì)紡織品功能性和美觀性要求的增加，大多數(shù)紡織品都經(jīng)過染色處理和功能性整理。紡織品經(jīng)過染料和整理劑處理后，會(huì)在原有拉曼光譜圖中引入染料及整理劑的拉曼特征峰，其特征峰會(huì)因?yàn)橐肴玖系姆N類的不同、引入量的不同而發(fā)生很大的變化，故可通過拉曼光譜技術(shù)辨別紡織品印染所用的染料。

染料中的偶氮化合物使紡織品色彩艷麗多姿，但在其合成和分解過程中的中間產(chǎn)物則都有致癌作用，所以對(duì)偶氮化合物的檢測(cè)已經(jīng)成為一個(gè)重要的檢測(cè)指標(biāo)。利用近紅外傅里葉變換拉曼光譜技術(shù)對(duì)27種染色纖維樣品進(jìn)行檢驗(yàn)，同時(shí)得到它們的本底纖維和染料的拉曼譜圖,然后利用計(jì)算機(jī)譜圖處理程序進(jìn)行拉曼差譜處理，獲得了染色纖維上染料的拉曼譜圖，由此實(shí)現(xiàn)了對(duì)纖維上染料的鑒定，并根據(jù)染料分子的拉曼特征將24種染色纖維按局部特征結(jié)構(gòu)分為7類，更有助于對(duì)同色纖維上染料的鑒別。通過顯微激光拉曼光譜技術(shù)鑒別直接染料及其染色纖維，研究表明拉曼光譜是無損檢驗(yàn)染料及其染色纖維的有效手段，染色纖維的拉曼光譜基本反映的是染料的拉曼信號(hào)。

4、紡織成分分析

利用傅里葉紅外-拉曼光譜法鑒別了天然綠色棉和染色棉，依據(jù)光譜圖的特性信息可以鑒別天然綠色棉和染色纖維。采用紅外光譜和拉曼光譜定性分折不同方法制取的慈竹纖維化學(xué)成分的變化，以及離析過程中超聲波處理對(duì)纖維化學(xué)成分的影響，經(jīng)驗(yàn)證光譜法可以用于定性分析纖維的化學(xué)成分。

拉曼光譜因其快捷無損，無需制樣，精細(xì)如指紋的特性被廣泛應(yīng)用于食品安全、物證檢測(cè)、文物考古和寶石鑒定等領(lǐng)域，其在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用也是其發(fā)展的必然趨勢(shì)之一，尤其是在紡織纖維檢測(cè)方面，極大地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法的不足，因而具有很高的應(yīng)用價(jià)值，也是紡織纖維檢測(cè)技術(shù)不斷進(jìn)步和發(fā)展的證明。隨著數(shù)據(jù)分析技術(shù)的不斷進(jìn)步，借助現(xiàn)代技術(shù)手段和儀器設(shè)備的發(fā)展，以及高新技術(shù)的加入和增強(qiáng)方法的研究，相信不久的將來，以拉曼光譜為核心技術(shù)的紡織纖維定性定量檢測(cè)手段一定會(huì)在紡織領(lǐng)域大放異彩。