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竹原纖維、苧麻和亞麻鑒別方法研究

來源:中國紡機(jī)網(wǎng)編輯部 發(fā)布時間:2013年08月15日
摘要】:本文采用紅外光譜建模法對竹原纖維、苧麻和亞麻的定性鑒別進(jìn)行了研究。結(jié)果表明建立的紅外光譜綜合判別模型的準(zhǔn)確度高,能夠?qū)崿F(xiàn)對三種纖維簡單、準(zhǔn)確的鑒別。


摘要:本文采用紅外光譜建模法對竹原纖維、苧麻和亞麻的定性鑒別進(jìn)行了研究。結(jié)果表明建立的紅外光譜綜合判別模型的準(zhǔn)確度高,能夠?qū)崿F(xiàn)對三種纖維簡單、準(zhǔn)確的鑒別。
關(guān)鍵詞:竹原纖維;苧麻;亞麻;近紅外光譜;鑒別

竹原纖維作為一種可再生、可降解、廉價、資源豐富的纖維素纖維,因具有良好的理化性能,近年來受到了越來越多人的青睞[1-4]。然而,由于竹原纖維與苧麻、亞麻具有極其相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)或理化性質(zhì),竹原纖維與苧麻、亞麻的有效鑒別成為當(dāng)前研究的難題,至今尚未有鑒別方法的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[5-6]。當(dāng)前,針對竹原纖維的鑒別,人們采用一些常規(guī)檢測方法進(jìn)行了探索研究,但在適用性和有效性上仍有欠缺[7-10]。本文廣泛收集國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的竹原纖維、苧麻和亞麻,應(yīng)用近紅外聚類分析方法,實現(xiàn)了對竹原纖維和苧麻、亞麻的鑒別。

1 試驗
1.1 材料
實驗材料見表1。

竹原纖維由四川班博竹業(yè)發(fā)展有限公司、福建正和竹紡有限公司提供,苧麻、亞麻由湖南省纖維檢驗局提供。
1.2儀器
(SEM-EDS)MPA型多功能傅立葉變換近紅外光譜儀(Bruker)。

2結(jié)果與討論
2.1近紅外光譜圖分析與處理
三種纖維使用相同的漫反射條件采集的近紅外光譜圖見圖1。

(a) 苧麻

(b)竹原纖維

(c)亞麻

圖1 三種纖維的近紅外光譜圖

三種纖維近紅外光譜的吸收峰峰形及峰強(qiáng)非常相似,無法進(jìn)行纖維區(qū)分。因此,對近紅外光譜經(jīng)一階導(dǎo)數(shù)+矢量歸一化預(yù)處理后,采用Ward’s algorithm定義距離、基于系統(tǒng)聚類分析法(Hierarchical Cluster Analysis,HCA)[11]建立了三種纖維判別模型,并進(jìn)行準(zhǔn)確度驗證。
系統(tǒng)聚類分析法就是采用

分級聚類策略,先認(rèn)為每個樣本都自成一類,再規(guī)定類與類間的距離。開始時,因各樣本均自成一類,其類間距離等價,選擇距離最小的一對合并成一個新的類,依此每次減少一類,直至所有的樣本都合成為一類為止。當(dāng)兩樣本合成新類之后,則必須以確定的距離定義來表示樣本與類或類與類之間的距離。不同的類與類之間距離的定義將會產(chǎn)生不同的系統(tǒng)聚類結(jié)果。本研究采用的Ward’s algorithm法是一種最有效、最常用的距離定義方法,它采用不均勻的判斷規(guī)則,從方差分析的觀點出發(fā),認(rèn)為正確的分類應(yīng)該使類內(nèi)方差盡量小,而類間方差盡量大。從而得到較好的結(jié)果。
2.2建立近紅外光譜判別模型
根據(jù)光譜預(yù)處理后的各纖維建模集樣品的近紅外光譜全譜數(shù)據(jù)圖,使用系統(tǒng)聚類分析方法,建立三種纖維的近紅外光譜判別模型,如圖2所示。根據(jù)判別模型可以明顯區(qū)別三種纖維,從而實現(xiàn)纖維的鑒別。

圖2三種纖維的近紅外光譜判別模型

(坐標(biāo)值代表的群體之間的距離值)

2.3近紅外光譜判別模型準(zhǔn)確度驗證
使用驗證集樣品的近紅外光譜圖對各判別模型進(jìn)行準(zhǔn)確度驗證,在與建模樣品相同的條件下,使用漫反射方法分別采集四種竹原纖維、苧麻和亞麻驗證集樣品的近紅外光譜圖,進(jìn)行一階導(dǎo)數(shù)+矢量歸一化預(yù)處理后,對判別模型進(jìn)行準(zhǔn)確度驗證。驗證集樣品的近紅外光譜圖(部分列舉)見圖3,近紅外光譜判別模型驗證結(jié)果(部分列舉)見圖4,綜合判別模型驗證結(jié)果如表2所示。

圖3 驗證集樣品的近紅外光譜圖(部分列舉)

(a) 竹原纖維

(b)苧麻

(c)亞麻纖維

圖4 近紅外光譜判別模型驗證結(jié)果(部分列舉)

表2 三種纖維的判別模型驗證結(jié)果

由圖4 和表2可知,聚類判別模型對三種纖維可以進(jìn)行準(zhǔn)確的鑒別。使用系統(tǒng)聚類分析法建模時,樣品的代表性強(qiáng)和種類的齊全程度高直將獲得更高的準(zhǔn)確程度。因此,紅外光譜判別模型仍具有很大的拓展和優(yōu)化空間。

3 結(jié)論
實驗結(jié)果表明,以漫反射法進(jìn)行樣品采譜,經(jīng)一階導(dǎo)

數(shù)+矢量歸一化光譜預(yù)處理,采用Ward’s algorithm定義距離,基于系統(tǒng)聚類分析法分別建立的竹原纖維、苧麻和亞麻判聚類別模型,可以實現(xiàn)對三種纖維的鑒別,具有操作簡單、檢測速度快、準(zhǔn)確性高、不損傷樣品等特點。

參考文獻(xiàn):
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[3] 馬順彬,吳佩云.竹漿纖維與粘膠纖維的鑒別及性能測試[J].毛紡科技,2010,38(1):42-46.
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(作者單位:上海市纖維檢驗所)


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