竹原纤维、苎麻和亚麻鉴别方法研究

　　摘要：本文采纳红外光谱建模法对竹原纤维、苎麻与亚麻的定性鉴别进行了研究。结果表明建站的红外光谱综合判别模型的精确度高，能够实现对三种纤维容易、精确的鉴别。
　　关键词：竹原纤维；苎麻；亚麻；近红外光谱；鉴别

　　竹原纤维作为一种可再生、可降解、便宜、资源丰富的纤维素纤维，因具有良好的理化性能，近年来受到了越来越多人的青睐[1-4]。然而，由于竹原纤维和苎麻、亚麻具有极其相似的形态结构或理化性质，竹原纤维和苎麻、亚麻的有效鉴别成为当前研究的难题，至今尚未有鉴别办法的统一标准[5-6]。当前，针对竹原纤维的鉴别，人们采纳一些常规检测办法进行了探究研究，但在适用性与有效性上仍有欠缺[7-10]。本文广泛收集国内主要生产厂家生产的竹原纤维、苎麻与亚麻，应用近红外聚类分析办法，实现了对竹原纤维与苎麻、亚麻的鉴别。

　　1试验
　　1.1材料
　　实验材料见表1。

　　竹原纤维由四川班博竹业进展有限公司、福建正与竹纺有限公司提供，苎麻、亚麻由湖南省纤维检验局提供。
　　1.2仪器
　　（SEM-EDS）MPA型多功能傅站叶变换近红外光谱仪（Bruker）。

　　2结果和讨论
　　2.1近红外光谱图分析和处理
　　三种纤维使用相同的漫反射条件采集的近红外光谱图见图1。

　　三种纤维近红外光谱的汲取峰峰形及峰强十分相似，无法进行纤维区分。因此，对近红外光谱经一阶导数+矢量回一化预处理后，采纳Ward’salgorithm定义距离、基于系统聚类分析法（HierarchicalClusterAnalysis，HCA）[11]建站了三种纤维判别模型，并进行精确度验证。
　　系统聚类分析法就是采纳分级聚类策略，先认为每个样本都自成一类，再规定类和类间的距离。开始时，因各样本均自成一类，其类间距离等价，选择距离小的一对合并成一个新的类，依此每次减少一类，直至全部的样本都合成为一类为止。当两样本合成新类之后，则必须以确定的距离定义来表示样本和类或类和类之间的距离。不同的类和类之间距离的定义将会产生不同的系统聚类结果。本研究采纳的Ward’salgorithm法是一种有效、常用的距离定义办法，它采纳不均匀的推断规则，从方差分析的观点出发，认为正确的分类应该使类内方差完量小，而类间方差完量大。从而得到较好的结果。
　　2.2建站近红外光谱判别模型
　　根据光谱预处理后的各纤维建模集样品的近红外光谱全谱数据图，使用系统聚类分析办法，建站三种纤维的近红外光谱判别模型，如图2所示。根据判别模型可以明显区别三种纤维，从而实现纤维的鉴别。

　　2.3近红外光谱判别模型精确度验证
　　使用验证集样品的近红外光谱图对各判别模型进行精确度验证，在和建模样品相同的条件下，使用漫反射办法分离采集四种竹原纤维、苎麻与亚麻验证集样品的近红外光谱图，进行一阶导数+矢量回一化预处理后，对判别模型进行精确度验证。验证集样品的近红外光谱图（部分列举）见图3，近红外光谱判别模型验证结果（部分列举）见图4，综合判别模型验证结果如表2所示。

　　由图4与表2可知，聚类判别模型对三种纤维可以进行精确的鉴别。使用系统聚类分析法建模时，样品的代表性强与种类的齐全程度高直将获得更高的精确程度。因此，红外光谱判别模型仍具有很大的拓展与优化空间。

　　3结论
　　实验结果表明，以漫反射法进行样品采谱，经一阶导数+矢量回一化光谱预处理，采纳Ward’salgorithm定义距离，基于系统聚类分析法分离建站的竹原纤维、苎麻与亚麻判聚类别模型，可以实现对三种纤维的鉴别，具有操作容易、检测速度快、精确性高、不损伤样品等特点。

　　参考文献：
　　[1]隋淑英,李汝勤.竹纤维的结构和性能研究[J].纺织学报，2003,24(6):535-536.
　　[2]LeeSunyoung,ChunSangjin,DohGeumhyun,etal.InfluenceofChemicalModificationandFillerLoadingonFundamentalPropertiesofBambooFibersReinforcedPolypropyleneComposites[J].JournalofCompositeMaterials，2009,43(15):1639-1657.
　　[3]马顺彬，吴佩云.竹浆纤维和粘胶纤维的鉴别及性能测试[J].毛纺科技，2010,38(1):42-46.
　　[4]张涛，鲍文斌，俞建勇.竹浆纤维鉴别办法的研究[J].纺织学报，2004,25(5)：28-29.
　　[5]李卫东.竹纤维鉴别办法的研究发展[J].中国纤检，2010，359(15):61-64.
　　[6]程隆棣,徐小丽,劳继红.竹纤维的结构形态及性能分析[J].纺织导报，2003(5):101-103.
　　[7]田慧敏,蔡玉兰.竹原纤维微观形态及聚拢态结构的研究[J].棉花纺织织技术，2008,36(9):544-547.
　　[8]WangYueping,WangGe,ChengHaitao,etal.StructuresofBambooFiberforTextiles.TextileResearchJournal[J].2010,80(4):334-343.
　　[9]何建新,章伟,王善元.竹纤维的结构分析[J].纺织学报，2008,29(2):20-24.
　　[10]蔡玉兰,王东伟.天然竹纤维的固态核磁共振谱表征[J].纤维素科学和技术，2009,17(1):2-6.
　　[11]刘建学.有用近红外光谱分析技术[M].北京:科学出版社,2007.

　　（作者单位：上海市纤维检验所）