核磁共振法快速測(cè)定白羽絨殘脂率的研究

黃伯熹，巫瑩柱，杜文琴，文珊，葉黎燕，吳慶暉

（1.廣東檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心 紡織實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510623；2.五邑大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，廣東 江門(mén) 529020；3.中國(guó)廣州分析測(cè)試中心，廣東 廣州 510070）

核磁共振法快速測(cè)定白羽絨殘脂率的研究

黃伯熹1，巫瑩柱2，杜文琴2，文珊2，葉黎燕2，吳慶暉3

（1.廣東檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心 紡織實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510623；2.五邑大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，廣東 江門(mén) 529020；3.中國(guó)廣州分析測(cè)試中心，廣東 廣州 510070）

為縮短羽絨殘脂率的檢測(cè)時(shí)間，首次嘗試采用核磁共振法測(cè)定羽絨表面殘脂率. 即按索氏萃取法測(cè)定羽絨樣品殘脂率，考量核磁共振法工作曲線的有效性并以之測(cè)樣品的殘脂率. 結(jié)果表明：與傳統(tǒng)萃取法相比，用MQA7020核磁共振儀可準(zhǔn)確快速測(cè)定白絨殘脂率，測(cè)試時(shí)間從2個(gè)工作日縮短到幾分鐘，該方法高效、誤差小、結(jié)果重現(xiàn)性好、無(wú)損傷、無(wú)毒無(wú)害，但灰羽絨里的鐵磁性物質(zhì)會(huì)極大影響測(cè)試結(jié)果.

羽絨；殘脂率；核磁共振法

羽絨殘脂率是指水洗后單位質(zhì)量的羽絨（羽毛）內(nèi)含有的脂肪和吸附其他油脂的質(zhì)量. 羽絨的殘脂率不僅影響羽絨的價(jià)格和儲(chǔ)存保養(yǎng)，也影響其進(jìn)一步加工處理的其他性能，如膨松保暖性、透氣性、滲水性等，GB/T 17685—2003和FZ/T 81002—2002規(guī)定羽絨的殘脂率≤1.0%.

對(duì)羽絨油脂含量的檢測(cè)，國(guó)內(nèi)外都采用化學(xué)萃取法，如我國(guó)按GB/T 17685—2003和FZ/T 81002—2002采用以無(wú)水乙醚為溶劑的索氏萃取法. 此法耗時(shí)長(zhǎng)（約2個(gè)工作日）、效率低、重現(xiàn)性較差. 目前，核磁共振技術(shù)（NMR）在測(cè)定化纖油劑[1-2]和種子谷物含油率[3]上有較成熟的應(yīng)用，但是羽絨表面油脂是淺黃色蠟狀固體，其分子量遠(yuǎn)比化纖油劑和種子谷物植物油的分子量大，不能直接采用測(cè)定化纖油劑和谷物油脂的測(cè)試條件. 本文嘗試采用 NMR測(cè)定羽絨殘脂率，以期為羽絨殘脂率快速測(cè)定方法的開(kāi)發(fā)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù).

1 NMR檢測(cè)羽絨殘脂率的依據(jù)

NMR測(cè)試原理是磁體向纖維樣品發(fā)射脈沖磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)取消時(shí)，固體的信號(hào)比液體衰減快，根據(jù)核磁信號(hào)衰減差異算出樣品中各成分的比例.

纖維、油劑或油脂種類(lèi)不同，其磁信號(hào)衰減速度也不一樣. 羽絨本體由各種氨基酸組成，羽絨纖維最外層為甾醇與三磷酸酯構(gòu)成的雙分子層細(xì)胞膜[4-7]. 從羽絨本體和表面油脂的成分和結(jié)構(gòu)看，表面油脂的分子量比羽絨纖維本體的分子量小，根據(jù) NMR測(cè)試原理，羽絨纖維核磁信號(hào)衰減速度應(yīng)比油脂快，根據(jù)二者的差異可算出油脂成分的比例.

2 實(shí)驗(yàn)部分

通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證MQA 7020核磁共振儀測(cè)定羽絨殘脂率的準(zhǔn)確性及重現(xiàn)性. 用MQA 7020核磁共振儀測(cè)定化纖表面油劑時(shí)，曾浩[8]認(rèn)為在40 ℃水浴中恒溫30 min可達(dá)到最佳的檢測(cè)精度. 由于羽絨表面油脂分子量比化纖油劑的大、核磁信號(hào)衰減更快，為了使結(jié)果更可靠，本實(shí)驗(yàn)將恒定溫度提高到60 ℃以便核磁信號(hào)穩(wěn)定.

2.1 實(shí)驗(yàn)樣品

羽絨樣品來(lái)自廣東省出入境檢驗(yàn)檢疫局紡織實(shí)驗(yàn)室收檢的羽絨樣品一批，包括白絨、灰絨（不分鴨絨鵝絨），主要選擇白絨，以少量灰絨作對(duì)比.

2.2 主要儀器設(shè)備

臺(tái)式核磁共振儀：MQA 7020，精度0.1%；全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀（ICP）：德國(guó)Spectro Ciros；顯微紅外光譜儀：美國(guó)Nicolet iN10；索氏抽提器；電子天平：Sartorius BSA224S-CW，精度0.1 mg；

2.3 測(cè)定步驟

2.3.1 索氏萃取法測(cè)定羽絨殘脂率

先采用索氏萃取法檢測(cè)全部樣品的殘脂率，每個(gè)樣品同時(shí)做2個(gè)平行實(shí)驗(yàn)，剔除平行樣結(jié)果之間差異較大的樣品，減少因樣品不均勻?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果的影響. 選擇出 5個(gè)分布較廣較均勻的、不同殘脂率的樣品作為建立工作曲線的試樣，其他樣品作為驗(yàn)證樣品，具體操作如下：

1）準(zhǔn)確稱(chēng)取兩份試樣各 2～3 g，經(jīng)干燥處理后，用定性快速濾紙包好放入備用的抽提管中，應(yīng)同時(shí)做兩個(gè)試樣；

2）接收瓶干燥至恒重，裝好抽提裝置；

3）接通冷凝水，注入120 mL無(wú)水乙醚，水浴溫度50 ℃左右（回流5～6次/h），抽提5 h；

4）將樣品和接收瓶移置通風(fēng)櫥內(nèi)，讓殘留乙醚自然揮發(fā)2～3 h；

5）將接收瓶置于（105±2）℃烘箱中烘2～4 h，烘至恒重（前后兩次重量相差小于0.001 g）.

2.3.2 建立NMR標(biāo)準(zhǔn)檢量曲線

1）開(kāi)啟MQA7020 0.5 h后，設(shè)定保溫溫度60 ℃，待磁場(chǎng)穩(wěn)定；

2）在主界面上，點(diǎn)擊Optimise按鈕，進(jìn)入檢量線繪制狀態(tài)，并創(chuàng)建分析方法；

3）放入準(zhǔn)備好的樣品（無(wú)次序要求），點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕開(kāi)始檢測(cè)，幾十秒鐘測(cè)試完畢，在彈出的對(duì)話框中輸入檢量點(diǎn)名稱(chēng)和已知的殘脂率，點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕退出；

4）連續(xù)檢測(cè)其他樣品，直至完成所有檢量點(diǎn).

圖 1是采用 5個(gè)白絨樣品建立的檢量工作曲線， R2= 0.996，線性較好，和文獻(xiàn)[9]報(bào)道的化纖油劑含量檢量曲線的線性相當(dāng)，可以作為檢測(cè)的工作曲線. 其中油脂零含量樣品雖然去除了表面油脂，卻依然可以檢測(cè)到羽絨纖維發(fā)出的殘留信號(hào)，但其不影響檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性.

2.3.3 樣品測(cè)試

1）點(diǎn)擊分析鍵“Analyse”，進(jìn)入分析界面；

2）用不銹鋼鑷子取適當(dāng)?shù)挠鸾q樣品，放入測(cè)試試管中，用塞子壓至刻度線以下；

3）將樣品放入測(cè)試口中，點(diǎn)擊“F5”鍵，輸入樣品號(hào). 約20 s，分析結(jié)束，保存.

4）查NMR檢量曲線找到相應(yīng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的殘脂率.

3 結(jié)果與討論

3.1 殘脂率測(cè)定結(jié)果的比較

與索氏萃取法所測(cè)油脂含量相比，NMR測(cè)定的白絨殘脂率偏差不超過(guò)0.07%，準(zhǔn)確性好、誤差小、速度快，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo). 但是灰絨的測(cè)試結(jié)果比索氏萃取法要低很多，偏差較大，且其誤差與油脂含量之間的規(guī)律性不強(qiáng). 具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1.

3.2 NMR的重現(xiàn)性分析

表1 測(cè)試結(jié)果比較 %

取3號(hào)白絨樣品分別進(jìn)行 5次測(cè)定，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn)性，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2. 從表2可看出，采用NMR測(cè)定白絨殘脂率的重現(xiàn)性好，符合要求.

表2 測(cè)量結(jié)果的重現(xiàn)性 %

3.3 羽絨中主要金屬含量的測(cè)定

通過(guò)分析表1發(fā)現(xiàn)，羽絨顏色對(duì)測(cè)試結(jié)果有很大影響，因此要對(duì)白絨和灰絨的結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行比較.

從圖2可看出，白絨、灰絨的分子結(jié)構(gòu)和成分一樣，結(jié)構(gòu)、成分差異不是導(dǎo)致灰絨測(cè)試結(jié)果偏差大的原因. 但從核磁共振的理論可知，磁場(chǎng)中的鐵磁性物質(zhì)對(duì)電磁場(chǎng)信號(hào)分布有很大影響，所以初步推測(cè)是灰絨含鐵磁性物質(zhì)比白絨多，導(dǎo)致磁場(chǎng)信號(hào)不穩(wěn)定，進(jìn)而造成灰絨測(cè)試結(jié)果偏差過(guò)大. 表3是2個(gè)白絨和2個(gè)灰絨的鐵、鎂、鈣、鉀和鈉的含量.

為了進(jìn)一步說(shuō)明規(guī)律，將測(cè)試結(jié)果的偏差大小對(duì)鐵含量作圖，見(jiàn)圖 3. 從圖 3可看出，鐵元素含量與誤差大小呈顯著正相關(guān)：鐵含量越高，誤差越大，但不呈線性關(guān)系；當(dāng)含鐵量超過(guò)83 mg/kg時(shí)，其偏差將超過(guò)0.1%.

圖2 白絨和灰絨的紅外光譜圖

表3 白絨和灰絨中的主要幾種金屬含量

圖3 鐵元素含量對(duì)偏差的影響

綜合表3和圖3，由于灰絨的鐵元素含量比白絨的要高許多，在測(cè)試時(shí)，其核磁信號(hào)不穩(wěn)定，嚴(yán)重干擾了正常信號(hào)的衰減規(guī)律，造成偏差很大：因此鐵磁性物質(zhì)含量是影響測(cè)試結(jié)果的最主要因素.

4 結(jié)論

從抽取的白絨樣品的測(cè)試結(jié)果看，用 MQA7020核磁共振儀測(cè)定白絨殘脂率偏差小、結(jié)果重現(xiàn)性好、檢測(cè)速度快、效率高、無(wú)損傷、無(wú)毒無(wú)害. 由于灰絨中鐵磁性物含量較白絨高并影響到NMR信號(hào)的穩(wěn)定，因此NMR暫不適用于灰絨殘脂率的測(cè)定.

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NMR: A Rapid Method for Determining the Fat and Oil Content in White Down

HUANG Bo-Xi1, WU Ying-Zhu2, DU Wen-Qin2, WEN Shan2, YE Li-Yan2, WU Qing-Hui3
(1. Guangdong Inspection and Quarantine Technology Center Textiles Lab., Guangzhou 510623, China; 2. School of Textile and Clothing, Wuyi University, Jiangmen 529020, China; 3. China National Analytical Center, Guangzhou 510070, China)

In order to reduce the testing time of fat and oil content of down, the paper aim to measure the fat and content (FOC) by using nuclear magnetic resonance (NMR) method for the first time. That is, Soxhlet extraction method is used for measuring the FOC of down samples, then the effectiveness of NMR work curve is examined. The results indicate that MQA7020 NMR analyzer is advantage to determine FOC of white down quickly and accurately. The testing time is decreased from 2 days to a few minutes. This method has the advantages of high efficiency, small error, high reproducibility, no damage to sample, non-toxicity and harmlessness. But the ferromagnetic martial in down would influence the experiment results.

down; fat and oil content; nuclear magnetic resonance (NMR) method

黃伯熹（1965—），男，廣東深圳人，工程師，本科，主要研究方向?yàn)榧徔椘窓z測(cè).

1006-7302（2012）04-0019-04

TS107.2

A

2012-07-22

廣東出入境檢驗(yàn)檢疫局科技計(jì)劃項(xiàng)目（2009GDK67）；五邑大學(xué)青年基金資助項(xiàng)目（200906151545567）

熊玉濤]