Неразрушающий анализ волокон хлопка и полиэстера в различных тканях с помощью портативного ИК спектрометра

ЯНВ192016

Одежда, постельное белье и мягкие игрушки обычно изготавливают из хлопка, полиэстера, шелка и других текстильных материалов. Так как одни материалы становятся значительно дешевле других, мы часто сталкиваемся с подделками, поскольку производители используют смесь хлопка и полиэстера вместо чистого хлопка, полиэтилентерефталат (PET) вместо шелка, смесь шерстяных и акриловых волокон вместо чистой шерсти.

Обычно, образцы изделий отправляют в лаборатории на анализ с помощью хромотографии или других разрушающих методов контроля, в которых образцы предварительно обрабатываются сильными кислотами, такими как азотная кислота. Такие методы одновременно опасны как для лаборантов, так и для окружающей среды, а также являются не эффективными в борьбе с подделками.

Спектроскопия в ближней ИК области спектра – это неразрушающая технология, которая является эффективной, быстрой и точной, а также не требует предварительной подготовки образца. Она уже успешно применялась в таких областях, как пищевая и химическая промышленность, производство табачных изделий, сельскохозяйственная и фармацевтическая промышленность. Когда данная технология применяется для быстрого анализа текстильной промышленности, то отпадает необходимость в использовании сильных химических реагентов для растворения образца.

Это означает, что данный метод является неразрушающим и безопасен как для лаборантов, так и для окружающей среды. В добавление стоит отметить, что спектрометр i-Spec Plus компании BWTek - это портативный прибор, который с легкостью можно взять с собой для проведения анализа непосредственно на заводе-изготовителе, что упрощает процесс определения подделок.

Портативный спектрометр i-Spec Plus ближнего ИК с хемометрическим программным обеспечением BWIQ

Спектрометр i-Spec Plus – это полноценная система, работающая в ближней ИК области спектра, которая имеет в своем составе встроенную интегрирующую сферу и планшетный ПК с сенсорным экраном, что делает данный прибор полностью мобильным. Встроенное ПО сбора данных и возможность использования аккумуляторной батареи позволяют пользователю производить анализ вне лаборатории. Также данный спектрометр можно подключить к персональному компьютеру.

Таким образом, пользователь может получить все преимущества использования программного обеспечения BWSpec и BWIQ, чтобы собирать данные и разрабатывать модели и применять алгоритмы хемометрической обработки для количественного анализа.

i-Spec Plus имеет две стандартные модели: одна модель со спектральным диапазоном 900 – 1700 нм с разрешением 3.5 нм, а вторая модель со спектральным диапазоном 1100 – 2200 нм.

BWIQ представляет собой хемометрическое программное обеспечение, разработанное компанией BWTek, которое включает в себя общие методы предварительной обработки и методы множественной регрессии, такие как регрессия основного компонента (PCR), метод частичных наименьших квадратов (PLS), а также поддерживает векторную регрессию (SVR) для нелинейного моделирования. Данное ПО помогает пользователю в процессе создания модели, делая сложные этапы простыми и легкими с быстрыми вычислениями и простой корректировкой переменных.

Эксперимент

С помощью ИК спектрометра i-Spec Plus были получены спектры диффузного рассеяния в области 900 – 1700 нм с разрешением 3.5 нм. Каждое сканирование производилось с временем интегрирования 1200 мкм с 32-кратным усреднением. В качестве исследуемых образцов использовались ткани с различным содержанием хлопка и полиэстера. Содержание хлопковых волокон в образцах изменялось в диапазоне 0.031 – 0.865% (процент от массовой доли), волокон полиэстера – от 0.144% до 0.0969%. Было измерено 27 образцов, на один образец приходилось 3 сканирования.

Рис. 1. ИК спектры тканей с различным содержанием хлопка.

Результаты и выводы

Для подтверждения содержания хлопка и полиэстера в каждом образце, который использовался для создания калибровочной модели в BWIQ ПО с помощью PLS регрессии, использовалась газовая хроматография-масс спектрометрия (GC-MS). Полученные данные были отцентрированы и сглажены с помощью предварительной обработки Савицкого-Голея.

Рис. 2. PLS регрессия содержания хлопка. PLS модель содержания хлопка в различных тканях имеет 7 PLS факторов и дает линейную аппроксимацию (см. рис. 2) в 45˚ для измеренных и предсказанных значений. Значения в исследуемых образцах отмечены синим цветом, в эталонных – красным. Как видно из график, значение коэффициента R2 составляет 0.996, тогда как СКО для исследуемых и эталонных образцов составляет 0.01184 и 0.01766 соответственно. По СКО для этих типов образцов видно, что данная модель является хорошей и может использоваться для дальнейшего анализа подобных тканей.

Заключение

Спектрометр i-Spec Plus является идеальным инструментом для точного неразрушающего количественного анализа волокон хлопка и полиэстера в различных тканях. Компактный дизайн и мобильность дают пользователю возможность проведения анализа в различных областях применения, таких как пищевая, текстильная и фармацевтическая промышленность.

Уникальная возможность переключения между встроенным планшетом и подключенным ПК предоставляют данному спектрометру еще больше функциональности. При работе на ПК пользователь может использовать BWIQ ПО для выполнения дополнительного хемометрического анализа и моделирования.

С другой стороны, при работе с планшетным ПК пользователь может выполнять онлайн анализ, основанный на количественных моделях, чтобы получать данные в режиме реального времени. Компания BWTek также может осуществлять поддержку пользователей для дальнейшего развития и усовершенствования прибора для их конкретных задач.

Подробные характеристики спектрометра i-Spec Plus