分光光度法测定天丝/铜氨混纺产品的混纺比

摘要

建立一种测定天丝/铜氨混纺产品混纺比的分光光度方法,即分别用65%硫酸溶解天丝、铜氨及天丝/铜氨混纺产品,测定所得溶液的吸光度值,根据Lasbeli定理计算混纺产品的混纺比。其测试结果与实际配比的偏差范围为-1.67%~1.80%,误差全部在标准FZ/T 01053―2007《纺织品 纤维含量的标识》的允差范围内,为天丝/铜氨混纺产品的定量分析提供了一种方法。

关键词:天丝纤维;铜氨纤维;定量分析;分光光度法

Abstract: A spectrophotometer method was established to determine the blending ratio of tencel/cupro products. Tencel G100, cupro and the blending compounds were dissolved in 65% sulfuric acid and the UV-vis absorption spectra of thus-obtained solutions were immediately measured. The blending ratio of tencel G100/cupro was determined applying Lasbeli theorem. The results showed that the deviation between analysis values and actual ratio changed from -1.67% ~1.80%, all satisfying the demand of FZ/T 01053-2007. Therefore, this method was accurate and applicable for the quantitative determination of the blending ratio of tencel G100/cupro.

Key words: tencel fiber; cupro fiber; quantitative determination; spectrophotometry method

天丝、铜氨均为再生纤维素纤维,具有天然纤维的优异特性,受到消费者的青睐,各种天丝/铜氨混纺产品也得到了大力开发。纤维定量是纺织品在加工、贸易和使用过程中不可缺少的重要检测指标,各国法规均明确要求对纤维含量进行标示。天丝和铜氨在外观上极为相似,化学性质也非常接近,目前对两种纤维的鉴定尚无成熟的方法,尤其是天丝/铜氨混纺产品混纺比的测定更是一个技术难题。有文献中提出可采用紫外―可见分光光度法对混纺产品进行混纺比的测定[1-3],因此本文尝试采用紫外―可见分光光度法对天丝/铜氨混纺产品的混纺比进行测定,探讨这种方法的可行性。

1测定原理

紫外―可见吸收遵循Lamber-Beer定律,对于溶液中含有两种组分的体系,当两种物质之间的作用是相互独立时,满足Lasbeli定理

(1)

A、AA、AB:二元体系、组分A、组分B的吸光度;

F:组分A的比例;

α:系数。

根据定理,可以配制一系列不同配比的二元混合物样品,形成一个训练集。测定该训练集中各样品的吸光度。由公式(1)可以得到下列两个关系式:

(2)

(3)

根据二元混合物的配比和方程(2)可以计算出相应的α值,取其平均值作为二元混合物的α值。对未知含量的二元混纺产品测定其吸光度,可利用该α值从方程(3)计算出组分A的比例F。

2试验参数的选择

2.1溶剂的选择

纤维素纤维通常可采用甲酸/氯化锌、锌酸钠、硫酸等作为溶剂来溶解[1-2]。试验结果表明,采用甲酸/氯化锌、锌酸钠做溶剂时,天丝和铜氨纤维的紫外―可见吸收光谱相差不大,而采用硫酸做溶剂时,二者则相差较大,因此选择硫酸做溶剂。

硫酸对纤维素的溶解是一个持续作用的过程,因此其紫外―可见吸收光谱的稳定性较差。不同浓度的硫酸对纤维素的溶解能力各不相同,本文针对不同浓度的硫酸处理时的紫外―可见吸收光谱进行了研究,结果发现,随着硫酸浓度的降低,其紫外―可见吸收光谱的稳定性增加。当采用65%硫酸溶液时,在相当长的时间内,紫外―可见吸收光谱相当稳定。因此本文选定65%硫酸作为纤维素的溶剂。

2.2样品的前处理

为保证吸光度值的稳定,必须对样品进行适当的预处理,使之充分疏松并去除非纤维物质。

2.3水浴温度和水浴时间的选择

纤维素纤维在硫酸中同时发生酯化和水解反应,纤维素逐渐水解为较小的分子,直至溶解。而在室温环境下的较短的时间内,纤维素的水解产物往往较牢固地粘附在纤维的表面,导致纤维仅表面的一层溶解掉。通常必须进行振荡加热处理,才能使纤维素完全溶解在硫酸中。

同时,硫酸与纤维素中的羟基发生酯化反应,生成的硫酸氢酯在450 nm附近产生紫外吸收峰(对于不同种类的纤维素纤维,该吸收峰的位置略有不同)。在试验中发现,随着水浴温度的提高,450 nm附近的吸收峰的强度迅速增大。但如果温度过高,则反应过于剧烈,使溶液的吸光度过大。经优化,最终选择的水浴温度为70℃。在试验中还发现,水浴处理30 min以后,所得溶液均是清澈透明的;处理时间小于30 min时,部分溶液中存在悬浮颗粒,干扰光谱测定。因此最终选择的水浴处理时间为30min。

3试验

3.1仪器与试剂

UV-2550 紫外―可见分光光度计(日本岛津公司);SW22数字式恒温水浴振荡器(瑞士Julabo公司);HG63卤素水分烘干仪(瑞士Mettler Toledo公司)。

65%硫酸由实验室自己配制。

天丝G100纤维由兰精公司(奥地利)提供,铜氨纤维由旭化成公司(日本)提供。

3.2测试条件

超低速扫描。采样间隔:0.1 nm,扫描波长范围:200~500nm,狭缝宽度:0.2 nm,光源波长转换波长:300nm,吸收池光程:10 mm。

3.3测试方法

将在卤素水分烘干仪上烘干称取好的样品置于150 mL磨口锥形瓶中,加入50 mL 65%硫酸,在70℃恒温水浴振荡30 min,然后用冰水混合物迅速冷却至室温,立即测定其紫外―可见吸收光谱。

4结果与讨论

图1是65%硫酸中浓度均约为6mg/mL的天丝G100和铜氨纤维的紫外―可见吸收光谱的局部放大图,它们均在450 nm附近出现一个吸收峰,但吸收峰位置略有差异,且浓度不同时,峰位置也略有变化。这两个吸收峰的吸光度在444 nm时相差最大,相差约2倍。本文利用吸光度的差异,根据Lasbeli定理来测定天丝G100/铜氨混合物的混纺比,因此选择的测定波长为444nm。

图1紫外―可见吸收光谱局部放大图

4.1方法的线性关系

为了计算训练集中每个混合物的α值,必须先计算该混合物中组分A、B对应的吸光度AA、AB,而AA、AB是根据混合物的总浓度从各自的线性方程计算得到。

称取不同质量的天丝G100纤维和铜氨纤维,分别用50 mL 65%硫酸处理,在444nm处测定其吸光度A,测定结果表明,铜氨的线性范围较宽,而天丝G100的线性范围较窄,见表1。当天丝G100的浓度为1.20~7.94 mg/mL时,吸光度随浓度线性增加,其线性方程为

AG=0.2310cG-0.1803 (4)

其中:r=0.9967,cG―天丝G100溶液的质量-体积浓度。

当铜氨溶液浓度为1.08~15.12 mg/mL时,吸光度随浓度线性变化,其线性方程为:

AC=0.1226cC-0.0537 (5)

其中r=0.9990,cC―铜氨溶液的质量-体积浓度。

表1两种纤维的线性吸光度值

4.2α值的计算

为了计算未知二元混合物的混纺比,首先必须测定该混合物的α值。考虑到通常二元混纺产品的混纺比以及方法的局限性,本文设计的二元混合物配比区间为天丝G100/铜氨=15/85~85/15,配制一系列不同配比的天丝G100/铜氨混合物,建立一个训练集,如表2所示。将每个样品用50 mL 65%硫酸处理,在444 nm处测定溶液的吸光度值。根据方程(4)、(5)分别计算出该配比下各自的吸光度,再根据公式(2)计算每个配比下的αi值,见表2。从表2可以看出,计算得到的αi值分布范围较窄,为1.1095~1.2704,其平均值为1.2064,RSD为3.38%。该平均值α即可用于根据方程(3)来计算未知配比的天丝G100/铜氨混合物的混纺比。

4.3准确度试验

本文采用该方法对已知配比的天丝G100/铜氨二元混合物进行测定,根据计算得到的天丝G100的配比FM与实际配比FJ的差异来判断方法的准确度。

分别称取天丝G100纤维和铜氨纤维,设计了一系列不同配比的天丝G100/铜氨混合物。所有样品经50 mL 65%硫酸处理后,在444 nm处测定溶液的吸光度值,结果见表3。根据混合物的总浓度和线性方程(4)、(5)分别计算出此浓度的天丝G100和铜氨纤维的吸光度。利用吸光度值,根据方程(3)计算天丝G100的配比FM。计算FM与真实配比FJ的偏差。从表3的数据可以看出,分析结果与实际配比的偏差范围为-1.67%~1.80%。根据FZ/T 01053―2007《纺织品 纤维含量的标识》的规定,纺织品成分分析结果应该在±5%的允差范围内。因此采用分光光度法对已知比例的天丝G/铜氨二组分混合物进行定量分析,实际测量结果的比例误差全部在标准的允差范围内。

4.4精密度试验

本文采用测定值FM与实际配比值FJ的百分比作为判断方法精密度的依据,为了对方法的精密度进行研究,本文配制了比例分别为30/70、50/50、70/30的天丝G100/铜氨混合物,每个比例的混合物测定9个平行样。试验结果表明,对于三个比例的天丝G100/铜氨混合物,测定值与实际配比值均相差很少,测定值为实际配比值的96.13%~104.73% ,其变异系数分别为3.06%、2.39%和1.89%。由此可见,该方法的精密度相当高。

5结论

天丝和铜氨纤维外观上极为相似,化学性质也相当接近,目前对这两种纤维的鉴定尚无成熟方法,特别是对天丝/铜氨纤维混合物配比的测定更是一个技术难题。本文利用天丝、铜氨纤维酯化后产生的吸收峰差异,尝试采用紫外―可见吸收光谱法对天丝G100/铜氨混合物进行了测定,建立了一个测定天丝G100/铜氨混合物配比的分光光度方法。该方法采用65%硫酸溶解天丝G100、铜氨及天丝G100/铜氨混合物,测定所得溶液的紫外―可见吸收光谱。计算出天丝G100/铜氨混合物的α值。利用该α值和吸光度值计算未知配比的天丝G100/铜氨混纺产品混纺比,从而解决了天丝G100/铜氨混纺产品的定量分析难题。该方法准确度和精密度满足试验要求,具有实际应用的意义。

参考文献:

[1] Dou Yukun,Ma Zhiyou. Blending ratio of cotton/jute textiles by half dissolving Clight absorption [J]. 青岛大学学报,2001, 16(2): 35-37.

[2] Gao Shan. The alkali dissolving method to measure the blending ratio of the wool/rabit hair [J]. Journal of Textile Research, 1997, 8(2): 44-45.

[3] Smith B F, Davison S, Smith F. Determination of cellulose in textile fibers [J]. Textile Research Journal, 1962, 32(1): 29-38.

(作者单位:深圳出入境检验检疫局工业品检测技术中心)