竹漿纖維的二維相關(guān)紅外光譜鑒別研究

錢微君，鄺湘寧，蔡忠波

（寧波市纖維檢驗(yàn)所，浙江 寧波 315048）

竹漿纖維和粘纖都是由漿粕紡絲而成的再生纖維素纖維，具有十分相似的結(jié)構(gòu)和性能。劉貴等［1］、馬順彬等［2］、張濤等［3］都對(duì)二者的鑒別方法進(jìn)行了研究，得出使用燃燒法、溶解法、顯微鏡觀察法、藥品著色法等常規(guī)方法都不能鑒別竹漿纖維和粘纖。此外，隋淑英等［4］利用X 射線衍射法對(duì)竹漿纖維進(jìn)行了研究分析，得出X 射線衍射法也不能鑒別竹漿纖維和粘纖。

二維相關(guān)紅外光譜技術(shù)是通過多脈沖技術(shù)激發(fā)核自旋，采集時(shí)間域上原子核自旋馳豫過程的衰減信號(hào)，經(jīng)雙傅里葉變換得到的。其顯著的特點(diǎn)是將光譜信號(hào)擴(kuò)展到第二維上以提高光譜分辨率，簡化含有許多重疊峰的復(fù)雜光譜，通過選擇相關(guān)的光譜信號(hào)鑒別和研究分子內(nèi)和分子間的相互作用。因此，本文采用紅外光譜法，并結(jié)合二維相關(guān)紅外光譜技術(shù)，對(duì)竹漿纖維和粘纖進(jìn)行了快速、實(shí)時(shí)的鑒別研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 樣品的制備

纖維試樣：竹漿纖維、粘纖。

將纖維用纖維切片器切成粉末狀，稱取樣品粉末約2mg，與KBr按大約1∶50進(jìn)行混合后，制成KBr壓片，并裝在變溫附件的樣品架上測定。

1.2 儀器條件

Tensor 27 型紅外吸收光譜儀，光譜范圍4000～400cm-1，DTGS檢測器，分辨率4cm-1，掃描次數(shù)16次，掃描速度為10KHz，掃描時(shí)實(shí)時(shí)扣除水和CO2的干擾；高溫池控溫范圍：室溫～100℃。采用變溫附件和控制裝置測定光譜圖，從30～100℃每間隔10℃進(jìn)行采樣。

1.3 二維相關(guān)紅外光譜處理

采用附帶在儀器分析軟件上的二維相關(guān)分析軟件進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 竹漿纖維和粘纖的一維紅外光譜比較

圖1 30℃／100℃下竹漿纖維／粘纖的一維紅外光譜圖

在30℃和100℃下對(duì)竹漿纖維和粘纖進(jìn)行紅外透過測定，結(jié)果見圖1。從圖1中可以看出，竹漿纖維和粘纖的一維紅外光譜圖沒有明顯差異。其中各譜峰的指認(rèn)如下：3400cm-1為O—H 的伸縮振動(dòng)峰，2900cm-1為CO2的伸縮振動(dòng)峰（高溫時(shí)出現(xiàn)），1650cm-1為H—O—H 的彎曲振動(dòng)峰，1370cm-1為C—C的骨架振動(dòng)，1022cm-1包含有C—O—H 彎曲振動(dòng)，892cm-1為CH2的面外彎曲振動(dòng)。

對(duì)30～100℃（每隔10℃掃描一次）下竹漿纖維和粘纖進(jìn)行紅外透過測定，結(jié)果見圖2。從圖2中可以看出，粘纖在2900cm-1附近隨著溫度的增加出現(xiàn)一個(gè)較弱峰。

圖2 不同溫度下竹漿纖維／粘纖紅外光譜圖（30～100℃）

2.2 竹漿纖維和粘纖的二維相關(guān)紅外光譜分析

竹漿纖維和粘纖在2500～3000cm-1區(qū)域的二維相關(guān)紅外光譜圖見圖3。左邊為竹漿纖維和粘纖的同步相關(guān)立體圖，右邊為同步二維相關(guān)平面圖，圖中深色相關(guān)強(qiáng)度等高線為正相關(guān)峰（即對(duì)溫度較敏感），淺色的相關(guān)強(qiáng)度等高線為負(fù)相關(guān)峰。同步相關(guān)峰代表了以氧化時(shí)間為變量的紅外光譜中的基團(tuán)振動(dòng)峰取向結(jié)構(gòu)一致。同步相關(guān)圖中，主對(duì)角線上自相關(guān)峰的出現(xiàn)表明所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)峰隨著氧化的進(jìn)程而變化，對(duì)角線兩側(cè)交叉峰的出現(xiàn)表明其對(duì)應(yīng)在X和Z軸上的一對(duì)基團(tuán)振動(dòng)峰的強(qiáng)度變化在氧化過程中是彼此相關(guān)的。

圖3 在2500～3000cm-1區(qū)域的同步相關(guān)立體圖和二維相關(guān)紅外光譜圖

基于以上相關(guān)原理，對(duì)圖3所示的二維相關(guān)譜圖進(jìn)行分析，在2900cm-1附近粘纖比竹漿纖維對(duì)溫度的敏感程度要強(qiáng)，所以在上面的一維紅外光譜圖中表現(xiàn)出一個(gè)弱峰。

圖4 在800～1400cm-1區(qū)域的同步相關(guān)立體圖和二維相關(guān)紅外光譜圖

圖4為竹漿纖維和粘纖維在800～1400cm-1區(qū)域的二維相關(guān)紅外光譜圖。從圖4 中可以看出，在此區(qū)域中竹漿纖維表現(xiàn)出在X 軸900cm-1附近（對(duì)應(yīng)Z軸的1300cm-1和900cm-1附近）對(duì)溫度敏感程度較粘膠纖維弱，說明竹漿纖維和粘纖在1400～800cm-1區(qū)域的同步圖中表現(xiàn)出了一定的差別。另外，從左邊的立體圖中可以看出竹漿纖維和粘纖的峰強(qiáng)度也存在一定的差異性，即竹漿纖維在X 軸900cm-1附近比粘纖多了一個(gè)小峰。

3 結(jié)論

3.1 對(duì)于一維紅外譜圖較為相似的樣品，憑借高分辨的二維相關(guān)譜圖分析技術(shù)，能夠提供由溫度變化引起的纖維素變性過程中結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化的微觀信息。

3.2 竹漿纖維和粘纖在2500～3000cm-1區(qū)域的差別較小，但在800～1400cm-1區(qū)域的二維相關(guān)紅外光譜圖存在較明顯的差別。

3.3 二維相關(guān)紅外譜圖可以提高譜圖的分辨率，增加譜圖的識(shí)別能力，可以用于竹漿纖維和粘纖的鑒別。

［1］劉貴，楊瑜榕，王明葵.竹漿纖維與粘膠纖維的鑒別［J］.上海紡織科技，2010，38（12）：49—52.

［2］馬順彬，吳佩云.竹漿纖維與粘膠纖維的鑒別及性能測試［J］.毛紡科技，2010，38（1）：42—46.

［3］張濤，鮑文斌，俞建勇.竹漿纖維鑒別方法的研究［J］.紡織學(xué)報(bào)，2004，25（5）：28—30.

［4］隋淑英，李汝勤.竹纖維的結(jié)構(gòu)與性能研究［J］.紡織學(xué)報(bào)，2003，24（6）：27—28.