羊絨纖維鑒別方法綜述

顧昊++++王滿++++閆暢++++王浩++++雷開強(qiáng)

摘要

文章從物理鑒別法、化學(xué)鑒別法和生物鑒別法三個方面對目前鑒別羊絨纖維的主要方法進(jìn)行了介紹，解釋了各個方法的原理以及現(xiàn)階段的一些實踐，并且指出了現(xiàn)有方法優(yōu)點(diǎn)和不足之處。

關(guān)鍵詞：羊絨；鑒別；原理；不足

1 前言

羊毛作為一種常見的動物纖維，在紡織服裝中得到了廣泛的應(yīng)用。羊絨，狹義上特指山羊絨，是取自山羊身上的一層細(xì)絨毛，其長度均勻，鱗片規(guī)則，手感柔軟豐潤，被譽(yù)為“纖維之王”。但是，由于羊絨產(chǎn)量較少，約為羊毛的1%[1]，而羊絨價格卻是羊毛的幾十倍，因此羊絨是一種高價值纖維，又被稱為“軟黃金”。利用細(xì)羊毛、改性綿羊毛、馬海毛和牦牛絨等摻雜進(jìn)紡織品，從而以次充好，市面上該現(xiàn)象屢見不鮮。因此，建立完整精確的羊絨檢測體系很有必要。羊絨和其他類似的動物纖維都是蛋白質(zhì)纖維，具有相似的結(jié)構(gòu)，因此在區(qū)分它們時就會有一定困難。

2 檢測方法

當(dāng)前國內(nèi)外有多種鑒別羊絨的方法，國內(nèi)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16988—2013《特種動物纖維與綿羊毛混合物含量的測定》，采用顯微鏡投影的方法對紡織品中羊絨纖維含量進(jìn)行測定。國內(nèi)外的檢測方法主要可以分為物理方法、化學(xué)方法和生物學(xué)方法三大類。

2.1 物理鑒別法

物理方法主要是利用顯微鏡技術(shù)對未知纖維的縱截面和橫截面形態(tài)進(jìn)行分析來鑒定纖維類別。主要包括光學(xué)顯微鏡法和掃描電鏡法。

2.1.1 光學(xué)顯微鏡法

光學(xué)顯微鏡法[2]是使用最早且最為廣泛的檢測方法，該方法成本低，操作簡單。主要過程是通過對紡織品進(jìn)行拆解，再將深色的紗線進(jìn)行褪色處理后進(jìn)行制片，觀察纖維的縱截面形態(tài)，根據(jù)纖維鱗片形狀以及整齊度，鱗片的光滑程度、翹角大小以及鱗片密度來鑒別纖維的種類，該方法人為因素影響較大，在對纖維含量進(jìn)行定量檢測時會出現(xiàn)耗時較長并且準(zhǔn)確度不高的問題，該鑒別方法對試驗人員的要求很高，需要具備一定操作經(jīng)驗的試驗人員[3]才能夠獲得比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

2.1.2 掃描電鏡法

掃描電子顯微鏡[4]的原理是使用電磁槍發(fā)射一束電子匯聚成的高能電子束，在掃描圈的磁場驅(qū)動下進(jìn)行掃描，激發(fā)出二次電子，再由探測器手機(jī)形成的信號得出掃描結(jié)果。將掃描電鏡所得的結(jié)果結(jié)合動物纖維表面的結(jié)構(gòu)特征，借助圖像來判斷纖維的類型，判斷的主要標(biāo)準(zhǔn)是通過纖維的鱗片厚度，如果大于0.1155μm，則認(rèn)定為羊毛，否則認(rèn)定為羊絨。高一川等使用掃描電鏡法對經(jīng)過絲光處理的羊毛纖維和羊絨纖維進(jìn)行了區(qū)分，得到了較為理想的結(jié)果。這種方法相對來說費(fèi)用高昂，且較費(fèi)時，對該方法帶來困難的是，現(xiàn)在許多不良商家都會通過對羊毛的鱗片進(jìn)行剝鱗處理，從而導(dǎo)致此種方法并不能很準(zhǔn)確地得到理想的檢測結(jié)果。

2.1.3 近紅外光譜技術(shù)

近紅外光譜技術(shù)是一種間接分析技術(shù)，其通過對所測對象的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析，再通過建立校正模型之后才最終實現(xiàn)對待測樣品的定性定量分析。此種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以在不破壞樣品的情況下對羊毛和羊絨纖維進(jìn)行鑒別，并且時間短，操作簡單，不需要復(fù)雜的前處理。趙國樑[5]等使用了近紅外光譜法對羊絨羊毛纖維進(jìn)行了鑒別，在檢測過程中選取二階導(dǎo)數(shù)對光譜進(jìn)行處理并調(diào)整光譜波長，最終對得到的光譜與標(biāo)準(zhǔn)光譜進(jìn)行對比，得到了兩種纖維的含量。但是，該方法的缺點(diǎn)是檢測所得結(jié)果很大程度上依賴于所建模型數(shù)據(jù)庫的完整性，數(shù)據(jù)庫要有代表性，并且要有足夠的數(shù)據(jù)積累，否則很容易對檢測結(jié)果造成不良的影響。

2.1.4 計算機(jī)圖像識別法

計算機(jī)圖像識別法的原理是借助高分辨率的掃描電子顯微鏡獲取纖維的微觀結(jié)構(gòu)圖像，然后對圖像進(jìn)行處理，提取出圖像中纖維的特征參數(shù)進(jìn)行判斷，最后由計算機(jī)輸出結(jié)果。國外有通過對山羊絨和綿羊毛的纖維直徑、鱗片高度等參數(shù)的分析研究，在CAT識別軟件中采用纖維直徑、鱗片密度、高度、徑高比這4個指標(biāo)來鑒別山羊絨和細(xì)支綿羊毛。早在1989年，蘇格蘭Robson等人就提出了這項技術(shù)，通過分析羊毛羊絨纖維的表面鱗片特征來對兩者進(jìn)行鑒別[6]。但在實際檢測中，計算機(jī)圖像識別法與近紅外光譜技術(shù)會遇到同樣的問題，就是需要一個足夠完整的數(shù)據(jù)庫來提高計算機(jī)的識別準(zhǔn)確度，統(tǒng)計模型的準(zhǔn)確度會對檢測結(jié)果產(chǎn)生比較大的影響。

2.1.5 熱力學(xué)鑒別法

熱力學(xué)鑒別法又稱結(jié)晶度分析法，原理是對于纖維來說，其實也是高分子聚合物，以基原纖維為基礎(chǔ)，逐漸構(gòu)成微細(xì)纖維結(jié)構(gòu)，因此，不同纖維的結(jié)晶度以及結(jié)晶構(gòu)成是不同的，X-射線衍射法[7]就是一種利用結(jié)晶度來鑒別羊絨和羊毛的一種具有可行性的方法，羊絨纖維具有比羊毛纖維更高的結(jié)晶度，大分子排列的規(guī)整性比羊毛纖維要好。侯秀良等運(yùn)用X-射線衍射法和差示掃描量熱法研究了羊絨和羊毛纖維的結(jié)晶度，得到了試樣中羊毛羊絨纖維的含量比。該方法前期處理較為復(fù)雜，并且成本偏高，耗時長。

2.1.6 摩擦拉伸法

摩擦拉伸法是根據(jù)羊毛和羊絨纖維表面鱗片的不同特征，對纖維的順、逆鱗片的動靜摩擦系數(shù)進(jìn)行測試。羊絨和羊毛纖維的靜摩擦因數(shù)均大于動摩擦因數(shù)，羊毛纖維的靜摩擦效應(yīng)和動摩擦效應(yīng)要明顯大于羊絨纖維。陳前維[8]等采用Y151型摩擦因數(shù)測定儀測定纖維與皮輥的多項摩擦，通過統(tǒng)計分析對羊毛和羊絨纖維進(jìn)行鑒定。該方法從力學(xué)角度去鑒別羊毛羊絨，缺點(diǎn)是受到的影響因素太多，容易產(chǎn)生誤差，得不到理想的結(jié)果。

2.1.7 貝葉斯分類法

貝葉斯分類法的原理是根據(jù)細(xì)羊毛與山羊絨的鱗片不同形狀與結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行鑒別的智能識別法。主要通過CCD系統(tǒng)獲取羊毛和羊絨纖維的灰度圖像，然后使用圖像技術(shù)將其處理成單像素寬度的二值圖，提取出4個兩種纖維的鱗片形狀特征的對比指標(biāo)。在數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上建立鑒定羊毛和羊絨纖維的貝葉斯分類模型。東華大學(xué)的石先軍[9]等人通過貝葉斯法對羊毛羊絨纖維進(jìn)行了鑒別，對山羊絨纖維鑒別的準(zhǔn)確度達(dá)到了83%，對細(xì)羊毛鑒別的準(zhǔn)確度則達(dá)到了90%。但該方法步驟復(fù)雜，測試速度慢，需要建立在完善精密的數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上。

2.2 化學(xué)鑒別法

2.2.1 染色法

染色法的鑒別原理主要是根據(jù)羊絨纖維和羊毛纖維對于相同染料分子的上染率的不同來進(jìn)行判斷。這主要是由于羊絨纖維和羊毛纖維的表面性質(zhì)有差異，羊絨纖維與羊毛纖維相比，其表面鱗片較薄，排列間隙較大，染料分子更容易擴(kuò)散，因此有更高的上染率[10]。因此，可以使用相同的染料和染色工藝，通過纖維上染率就可以對纖維進(jìn)行鑒別。曾志明[11]提出了采用計算機(jī)輔助染色檢測法，減輕了染料濃度不同對于判斷纖維種類的影響。該方法會受到顏色和光澤差異的影響，并且兩者的差異并不明顯，因此鑒定的準(zhǔn)確度并不高。

2.2.2 溶液法

采用溶液法的原理是在相同的鑒別溶液中，羊毛纖維和羊絨纖維的皮質(zhì)層的組成不同。羊毛纖維的皮質(zhì)層主要由正皮質(zhì)和偏皮質(zhì)細(xì)胞組成，而羊絨纖維的皮質(zhì)層則是由正皮質(zhì)和間皮質(zhì)細(xì)胞組成，并且羊絨纖維較薄的鱗片也更利于鑒別溶液滲透入纖維中。最終，同樣處于鑒別溶液中的兩種纖維，羊毛纖維基本保持原有狀態(tài)不發(fā)生明顯變化，而羊絨纖維則會變得伸展，在纖維的現(xiàn)行方向上的卷曲率變得很小。侯永良等人的研究表明，在一定的試驗條件下，這種方法確實可以對羊絨羊毛纖維進(jìn)行鑒別。該方法的鑒別效果并不明顯，只適用于纖維宏觀形態(tài)差異的區(qū)分，測試精度有限。

2.2.3 堿溶度差異分析法

堿溶度差異分析法的原理是蛋白質(zhì)纖維與不同濃度的氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)時，損失的質(zhì)量與未處理纖維質(zhì)量的百分率會有所不同。在堿溶液中溶解的初始階段，羊絨纖維和羊毛纖維的溶解度差異不大，并且此時羊絨的堿溶解度略高于羊毛，但隨著溶解過程的加劇，因為本身表面鱗片的結(jié)構(gòu)不同，羊毛纖維被堿溶液接觸的表面積更大，因此溶解速度也更快，可以根據(jù)相同時間內(nèi)堿溶液中羊毛羊絨纖維損失的質(zhì)量比來進(jìn)行鑒別[12]。曲京武[13]等研究了強(qiáng)堿溶液的濃度，發(fā)現(xiàn)增加堿液濃度、提高反應(yīng)溫度、延長反應(yīng)時間會對羊絨羊毛纖維造成更嚴(yán)重的損傷。該方法的缺點(diǎn)是需要特定的試驗條件，并且過程復(fù)雜，耗時長。

2.3 生物鑒別法

2.3.1 DNA鑒別法

動物纖維作為動物身體的一部分，在自然生長過程中肯定受到了基因的控制。DNA遺傳物質(zhì)不僅存在于生物體內(nèi)，也存在于依附于生物存在的毛發(fā)中。現(xiàn)代生物領(lǐng)域技術(shù)的進(jìn)步使得采用DNA鑒別羊毛羊絨纖維成為了現(xiàn)實。Hanlym P.E. 等人早在1992年就制作了具有綿羊特性的DNA探頭，可以區(qū)別從羊毛、羊絨分離出的DNA。該方法的缺點(diǎn)是測試時間較長、測試成本高，并且該技術(shù)目前尚處于研究階段，并沒有完全成熟。

2.3.2 生物鑒別法

生物鑒別法的原理是利用不同有機(jī)物對不同物質(zhì)具有的敏感性能，在兩種物質(zhì)作用的過程中記錄下作用產(chǎn)生的反應(yīng)，并將其轉(zhuǎn)化成可以記錄下來的數(shù)據(jù)信息，以此達(dá)到鑒別的目的。生物鑒別法歸根結(jié)底還是利用了DNA提取技術(shù)。鑒別試驗方法主要是使用微凝膠技術(shù)制作生物芯片，將多達(dá)一萬多個微型測試管放置在顯微鏡載玻片上，測試過程中，每一個微型測試管都會與被測物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，在記錄下測試數(shù)據(jù)后，就可以通過這些數(shù)據(jù)得到DNA序列、基因變異等一系列參數(shù)，從而對羊毛羊絨纖維進(jìn)行鑒別。美國Affymetrix公司和國力阿貢實驗室已經(jīng)開發(fā)出新一代的生物芯片，該芯片可以推進(jìn)生物鑒別法的進(jìn)步。但是生物鑒別法目前還處在開發(fā)階段，技術(shù)還沒有成熟，并沒有被廣泛推廣，但是前景廣闊[14]。

3 結(jié)語

目前國內(nèi)采用的主要的羊絨鑒別法還是顯微鏡法。但是，由于該方法操作復(fù)雜，費(fèi)時費(fèi)力，并且需要有經(jīng)驗的操作員，因此使羊絨鑒別的成本很高。當(dāng)前，發(fā)展最迅速的是將顯微鏡與計算機(jī)結(jié)合，采用圖像分析系統(tǒng)對纖維的表面形態(tài)進(jìn)行分析，相比顯微鏡法，此方法速度有了大幅提升。鑒別羊絨纖維未來的發(fā)展方向應(yīng)該還是側(cè)重于生物鑒別法。

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（作者單位：上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院）