紅外差譜技術(shù)用于混合纖維鑒定的研究報(bào)告.doc

1、.紅外差譜技術(shù)用于混合纖維鑒定的研究蔡錫蘭摘要：利用FTIR560型紅外光譜儀差減光譜(差譜)軟件，對(duì)復(fù)雜混合纖維光譜成功地進(jìn)行了光譜差減，得到了很好的單一組分紅外光譜圖。通過(guò)譜圖檢索和解析，確定了混合纖維的構(gòu)成，提高了混合纖維鑒定的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：紅外光譜差譜軟件混合纖維Identification of mixed fibers by subtractive infrared spectroscopyCai Xilan(Experiment Center, JiangsuPublicSecurityCollege, Nanjing, 210012)Abstrac：The infrared

2、spectra of complex mixed fibers were differentiated successfully by using subtractive infrared spectroscopic software. Excellent infrared spectrum of single component was obtained and the composition of mixed fibers was identified through spectra searching and analyzing. The method has increased the

3、 accuracy for identifying mixed fibers.1引言為了改進(jìn)織物的性能，紡織行業(yè)常將天然聚合物、植物、動(dòng)物毛、有機(jī)合成纖維混用，如腈綸/滌綸、粘膠/錦綸、棉花/腈綸、羊毛/腈綸等混合織物。在犯罪現(xiàn)場(chǎng)也常能收集到附著在各種物體上的微量混合纖維。利用紅外光譜法測(cè)定單一纖維時(shí)，根據(jù)所得的光譜圖即可鑒定出纖維的種類。但測(cè)定種類繁多的混合纖維樣品時(shí)，得到的往往是兩種或兩種以上纖維各自吸收峰疊加后形成的混合光譜圖，而且隨組分比例的變化而變化。當(dāng)組分比例相差較大時(shí)，一種纖維的吸收峰往往會(huì)掩蓋另一種纖維的吸收峰，因而無(wú)法由混合譜圖直接鑒定其組分。因此應(yīng)用現(xiàn)代分析技術(shù)檢驗(yàn)混合纖維

4、，是微量物證研究的一個(gè)重要課題。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使紅外光譜儀的數(shù)據(jù)處理功能得到了充分的發(fā)揮。70年代發(fā)展起來(lái)的干涉紅外光譜儀-傅立葉變換紅外光譜儀，由于具有優(yōu)良的特性和完善的功能，是色散型儀器所不能比擬的。1997年Nicolet公司推出了新一代紅外光譜軟件平臺(tái)OMNIC E、P、S同步智能軟件，首次將人工智能運(yùn)用到紅外光譜系統(tǒng)上。該軟件能提供非常簡(jiǎn)明的用戶界面、智能化過(guò)程控制和精確的光譜數(shù)據(jù)結(jié)果。紅外吸收光譜能給出重現(xiàn)性較高的圖譜，在鑒定中具有較高的權(quán)威性。本文利用示差光譜法，對(duì)混合纖維不經(jīng)分離就能獲得單一組分的紅外光譜圖，用于纖維種類鑒定，得到了滿意的效果。2實(shí)驗(yàn)部分2.1儀器、譜圖庫(kù)及樣

5、品2.1.1儀器FTIR-560型紅外光譜儀(Nicolet公司)；OMINIC E、S、P軟件4.1版；Digital奔騰200型計(jì)算機(jī)；HP LASERJET 5L打印機(jī)；QwikHandi壓片機(jī)及7mm 壓模。2.1.2譜圖庫(kù)Aldrich凝聚相譜圖庫(kù)10607張；多倫多法庭譜庫(kù)3549張；其它譜庫(kù)約600張(包括自建標(biāo)樣纖維庫(kù))。2.1.3樣品滌綸、腈綸、粘膠、錦綸、棉花、苧麻、羊毛、兔毛等(公安部提供)；市售混合纖維樣品數(shù)種。2.2方法原理差譜即差減光譜，是用計(jì)算機(jī)對(duì)貯存的數(shù)字化光譜所做的一種重要的數(shù)據(jù)處理，主要應(yīng)用吸光度相減法。根據(jù)朗伯-比耳定律，吸光度有加和性，在混合物光譜中，某

6、一波數(shù)處的總吸光度是該體系中各組分在該處產(chǎn)生的吸光度值的總和。如果純組分的樣品與混合物樣品的濃度與厚度不同，需乘以比例因子(FCR)才能使兩個(gè)光譜相等，F(xiàn)CR在差譜中稱為差減因子1。2.3操作步驟2.3.1采樣條件樣品掃描次數(shù)：32；背景掃描次數(shù)：32；分辨率：4.000cm-1；樣品增益：4.0；鏡速：0.6329cm/s；光欄孔徑：100.00；檢測(cè)器：DTGS KBr；分束器：KBr；光源：IR。2.3.2制樣分別取滌綸、腈綸、粘膠、錦綸、棉花、苧麻、羊毛、兔毛等，按5050、7030、9010比例，取腈綸/滌綸、粘膠/錦綸、棉花/腈綸、羊毛/腈綸混合物、市售混合纖維樣品數(shù)種0.6mg，

7、分別與80mg KBr(光譜純)制樣，制得直徑為7mm的樣片，測(cè)定紅外光譜圖。圖16是單一纖維的紅外光譜。圖1腈綸的紅外光譜圖2滌綸的紅外光譜圖3粘膠的紅外光譜圖4錦綸的紅外光譜圖5棉花的紅外光譜圖6羊毛的紅外光譜2.3.3選擇差減區(qū)域分別對(duì)腈綸/滌綸與滌綸、粘膠/錦綸與錦綸、棉花/腈綸與腈綸、羊毛/腈綸與腈綸的兩張譜圖進(jìn)行比較，見圖710(圖中上面的曲線為混合物光譜)。選擇特征峰區(qū)域波數(shù)范圍作為依據(jù)進(jìn)行差減。圖7腈綸/滌綸與滌綸的紅外光譜比較圖8粘膠/錦綸與錦綸的紅外光譜比較圖9棉花/腈綸與腈綸的紅外光譜比較圖10羊毛/腈綸與腈綸的紅外光譜比較2.3.4確定差減因子選擇FCR0.0849獲得

8、腈綸/滌綸與滌綸的差譜。選擇FCR0.2082獲得粘膠/錦綸與錦綸的差譜。選擇FCR0.0890獲得棉花/腈綸與腈綸的差譜。選擇FCR0.0892獲得羊毛/腈綸與腈綸的差譜。2.3.5檢索按差譜結(jié)果檢索譜圖庫(kù)，分別檢出腈綸、粘膠、棉花、羊毛的光譜圖，將差譜得到的光譜圖分別與腈綸、粘膠、棉花、羊毛光譜圖置于同一窗口對(duì)比，見圖1114(圖中上面的曲線為差譜得到的光譜圖)。圖11差譜結(jié)果與腈綸的紅外光譜比較圖12差譜結(jié)果與粘膠的紅外光譜比較圖13差譜結(jié)果與棉花的紅外光譜比較圖14差譜結(jié)果與羊毛的紅外光譜比較3結(jié)果與討論3.1譜圖解析由圖1可知：腈綸在1729cm-1、14531448cm-1(CH2

9、)處有最強(qiáng)吸收峰，在2246cm-1(CN)、2906、2870cm-1(CH2)、1360cm-1(CH2)、970cm-1(CH )處有特征吸收峰。由圖2可知：滌綸在1725cm-1(CO)處有最強(qiáng)吸收峰，在1237、1090cm-1處1(CO)、在3068、1564cm-1(苯環(huán)吸收)、1450cm-1(CH2COCH2)、734cm-1(CH)處有特征吸收峰。由圖3可知：粘膠在3380cm-1(OH)和1067cm-1附近(ROR)處有最強(qiáng)吸收峰，在1370cm-1(CH2)(OH)處有中強(qiáng)吸收峰，由于粘膠纖維吸附水，在1637cm-1處有弱吸收峰。由圖4可知：錦綸在3300cm-1(

10、NH)、2900cm-1(CH2)、1008cm-1處有強(qiáng)吸收峰，在1640cm-1(CN)、1550cm-1(CN(NH)、1250cm-1(CN)有先胺吸收峰、1406cm-1(CH2)、1326cm-1(CH2)、841cm-1(CH)處有特征吸收峰。由圖5可知：棉花在33313272cm-1(OH)、10001100cm-1(ROR)處有強(qiáng)吸收峰，在16501625cm-1處有棉花吸附水所形成的吸收峰，14421424cm-1(CH)、13711340cm-1(CH)(OH)處有特征吸收峰。由圖6可知：羊毛在3300cm-1附近有NH和OH伸縮振動(dòng)吸收，在2900cm-1附近有OH伸縮

11、振動(dòng)吸收，在16501640cm-1、15501537cm-1、1238cm-1處有先胺吸收峰，在915cm-1處有特征吸收峰。由圖可知，從腈綸/滌綸混合纖維光譜差減去滌綸光譜后得到的結(jié)果，基本消除了滌綸的光譜特征，保留了腈綸的特征，解析后與譜庫(kù)中腈綸譜圖一致。同法，粘膠/錦綸混合纖維光譜差減去錦綸光譜，棉花/腈綸混合纖維光譜差減去腈綸光譜，羊毛/腈綸混合纖維光譜差減去腈綸光譜得到的結(jié)果，也都基本消除了參比光譜的特征，保留了粘膠、棉花、羊毛的光譜特征，解析后與譜圖庫(kù)中的譜圖一致，從而獲得了混合纖維中單一纖維的紅外光譜。3.2討論(1)采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理差譜軟件進(jìn)行混合纖維的定性分析，可獲得清晰

12、的單一纖維紅外光譜圖。免去了樣品分離步驟，同樣可以鑒定出混合樣品中的未知組分。(2)差減譜圖的采樣條件設(shè)置要一致，所用樣品含量最好相近，即差減因子不宜過(guò)大或過(guò)小，否則所得光譜失真度大1。在人機(jī)對(duì)話式差譜處理中，F(xiàn)CR值的確定，以操作者選定差減的光譜區(qū)和參比光譜的特征吸收峰作為差譜終點(diǎn)的判據(jù)。作為差譜終點(diǎn)判據(jù)的吸收峰最好是具有中等強(qiáng)度的尖銳峰，太強(qiáng)或太弱的吸收峰易產(chǎn)生誤差。(3)對(duì)二元混合纖維(合成/合成、天然聚合/合成、植物/合成、動(dòng)物毛/合成)紅外光譜及其差譜分別進(jìn)行檢索匹配，效果良好，通過(guò)解析可確定混合纖維的構(gòu)成，提高種類認(rèn)定的準(zhǔn)確性。動(dòng)物毛纖維的主要成分是角朊，植物纖維的主要成分是纖維素(纖維素結(jié)構(gòu)中含有OH和ROR)，它們的紅外光譜極為相似，所以結(jié)合顯微鏡觀察，鑒定混合動(dòng)物毛和混合植物兩類纖維，效果更佳。(4)對(duì)4種常見混合纖維差譜試驗(yàn)的結(jié)果表明，單一組分纖維在混合纖維中所占比例高于10%20%時(shí)，差譜圖清晰，可直接用于鑒定；低于這個(gè)含量時(shí)，不能直接用于鑒定。作者簡(jiǎn)介：蔡錫蘭，女，高級(jí)工程師，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人，主要從事公安應(yīng)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，儀器分析，微量毒物、物證分析研究。作者單位：蔡錫蘭(江蘇公安?？茖W(xué)校實(shí)驗(yàn)中心，南京，210012