植物靛藍與合成靛藍染料的快速鑒別方法

陳鎮(zhèn)+李馬斌

摘要

植物靛藍與合成靛藍染色效果相同、化學成分相似，但成本價格卻有著顯著差別。本文介紹了7種相對簡單快捷的定性鑒別方法，并從鑒別原理、操作過程、結(jié)果判定及方法評價四方面進行了比較分析，以期為靛藍染品的客戶與商家、從事靛藍印染加工的公司與企業(yè)提供參考。

關(guān)鍵詞：植物靛藍；合成靛藍；染料；鑒別

1 引言

植物靛藍與合成靛藍統(tǒng)稱為靛藍染料（Indigo blue、Vat Blue 1），分子式為C16H10N2O2，結(jié)構(gòu)式如圖1，按結(jié)構(gòu)分類屬于靛類染料，按應用分類屬于還原染料，傳統(tǒng)上主要用于棉、麻、絲、毛等天然纖維紡織品染色，近年來，在滌、錦、氨、腈等合成纖維染色中應用也越來越廣泛[1]。

我國早在3600年前的夏朝就使用植物靛藍染料，它是藍草（菘藍、蓼藍、馬藍等）經(jīng)發(fā)酵提煉后制得的最早的天然染料，主要含有靛藍和靛玉紅（5%～20%）兩種色素成分，及極少量的靛棕、靛黃等色素[2]。經(jīng)其染色的纖維及紡織品色調(diào)高雅、手感豐滿、安全健康，并具有良好的藥用價值（抗菌、消炎等）和較高的藝術(shù)價值（扎染、藍印花布等），但也存在成本較高、染色重現(xiàn)性較差等缺點[3]。

19世紀中葉，紡織工業(yè)革命及發(fā)展使得染料的需求激增，1880年德國科學家拜爾申請了第一個合成靛藍的專利；1897年巴斯夫公司實現(xiàn)了合成靛藍的工業(yè)化生產(chǎn)[4]。合成靛藍純度高（只含靛藍一種色素成分）、色澤艷麗、日曬牢度好、價格便宜，逐步取代了植物靛藍。

但近現(xiàn)代以來，隨著環(huán)保意識的增強，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的進步，合成染料在生產(chǎn)、使用及廢棄過程中對環(huán)境、生態(tài)及人類健康的不利影響越來越受到關(guān)注，而植物染料則因其天然、綠色、安全、易生物降解等優(yōu)勢越來越受到人們的青睞，植物靛藍也以個性、時尚、自然、健康的鮮明姿態(tài)成為染料市場越來越閃耀的明星。

2 鑒別方法

2.1 物理性狀法

鑒別原理：根據(jù)植物靛藍與合成靛藍在物理性狀上的差異來鑒別。

操作過程：分別取二者染料樣品（顆粒狀或液態(tài)狀），觀察其顏色、狀態(tài)，聞其氣味。

結(jié)果判定：合成靛藍染料以工業(yè)化大生產(chǎn)制得，產(chǎn)品純、顏色深、色澤艷，且無論粉末狀還是液態(tài)狀分散都較均勻，染料本身沒有明顯氣味；植物靛藍染料因其天然來源及制備工藝，顏色略萎暗，且?guī)Щ宜{色，同時其顆粒易結(jié)團，液體易凝塊，染料略含有草腥味。

方法評價：該法方便快捷，不需要儀器設(shè)備及試驗操作，但需要較深的行業(yè)基礎(chǔ)和一定的從業(yè)經(jīng)驗，而對于非專業(yè)人士鑒別起來難度較大。

2.2 染色過程法

鑒別原理：根據(jù)植物靛藍與合成靛藍染料在纖維染色過程中的性能差異來鑒別。

操作過程：（1）植物靛藍與合成靛藍均難溶于水，必須先制得隱色體鈉鹽溶液，比較其顏色；（2）比較染液上染過程、著色難易程度及織物顏色變化；（3）比較染色過程中的助劑使用情況；（4）比較后續(xù)皂洗工藝中的掉色情況。

結(jié)果判定（以棉織物染色為例）[5]：（1）合成靛藍隱色體鈉鹽溶液顏色為深藍色，而植物靛藍隱色體鈉鹽溶液呈綠色或黃綠色；（2）染色時，合成靛藍對織物的上染相對較易，一道工序即可染出較深的顏色，但卻難以染出如月白這種極淺藍；而植物靛藍染色時，一道染色工序的色較淺，要想獲到深色，須經(jīng)過反復多道染色工序，由淺至深；（3）染色過程中，植物靛藍所需助劑較少（可僅添加堿劑及還原劑），而合成靛藍所需助劑較多（除堿劑、還原劑外，還需分散劑、固色劑等）；（4）在后續(xù)皂洗工藝中，合成靛藍所染織物牢度較差，皂洗易掉色；而植物靛藍染色織物掉色不嚴重。

方法評價：該法緊密結(jié)合靛藍染色工藝過程，需要其他藥品、試驗儀器及較專業(yè)人員操作，通過以上任意一點，可初步判別植物靛藍與合成靛藍，結(jié)合以上四點，基本可完全鑒別出兩種染料。

2.3 氧化顯色法

鑒別原理：靛藍色素能被濃硝酸氧化成黃色，而靛玉紅色素不被濃硝酸氧化，根據(jù)靛藍與靛玉紅的抗氧能力差異來鑒別。

操作過程：取二者染色織物，滴加濃硝酸氧化，觀察織物上色圈及水洗后色圈的顏色變化。

結(jié)果判定：植物靛藍中含有靛玉紅色素，織物上滴加濃硝酸處由內(nèi)到外依次出現(xiàn)淡紫紅色、黃綠色兩個色圈，經(jīng)水洗后僅剩下紫紅色色圈的是植物靛藍；織物上滴加濃硝酸處理由內(nèi)到外出現(xiàn)淡黃色、黃綠色色圈，經(jīng)水洗后色圈全部消失的是合成靛藍[6]。

方法評價：該法鑒別過程中，顏色現(xiàn)象的特征性與植物靛藍中靛玉紅的含量及均勻度有直接關(guān)系，若所取植物靛藍樣品純度相對較高，則顏色現(xiàn)象不是那么明顯，二者區(qū)分起來有一定難度，若所取植物靛藍樣品中靛玉紅的含量較高，則比較好區(qū)分和鑒別。

2.4 薄層色譜法

鑒別原理：根據(jù)薄層色譜法試驗時所呈現(xiàn)的不同顏色色斑來鑒別。

操作過程：參照薄層色譜法試驗法[7]，吸取植物靛藍和合成靛藍染料氯仿萃取后溶液，分別點于同一硅膠薄層板上，以苯-氯仿-丙酮（5：4：1）為展開劑，展開、取出、晾干。

結(jié)果判定：由于植物靛藍中含有靛玉紅色素，因此，同時出現(xiàn)紫紅色和藍色色斑的是植物靛藍；僅出現(xiàn)藍色色斑的是合成靛藍。

方法評價：該法結(jié)果判定與氧化顯色法類似，受植物靛藍中靛玉紅的含量及均勻度影響較大，若所取植物靛藍樣品純度相對較高，二者區(qū)分起來有一定難度，反之，則比較好區(qū)分和鑒別。

2.5 甲醇溶解法

鑒別原理：靛藍色素微溶于甲醇，而靛玉紅色素易溶于甲醇，根據(jù)靛藍與靛玉紅在甲醇溶液中的溶解性能差異來鑒別。

操作過程：分別取等量的兩種染料于兩杯甲醇溶液中，攪拌、靜置，觀察上清液顏色。

結(jié)果判定：植物靛藍染料中因含有可溶性靛玉紅色素，其甲醇溶液呈紫紅色，而合成靛藍僅微溶，因此其甲醇溶液呈淺藍色。endprint

方法評價：該法操作較簡單，但鑒別結(jié)果仍然受植物靛藍中靛玉紅的含量及均勻度的影響，若所取植物靛藍樣品中靛玉紅色素含量較高，則可快速鑒別；反之，則有一定難度。

2.6 紫外光譜法

鑒別原理：根據(jù)靛藍與靛玉紅二者紫外吸收峰的差異來鑒別。

操作過程：用紫外可見光分光光度儀在400nm～700nm波長處掃描植物靛藍及合成靛藍染料的甲醇溶液。

結(jié)果判定：植物靛藍甲醇溶液在610nm處附近有一個明顯的吸收峰（靛藍），并在543nm處附近還有一吸收峰（靛玉紅）；而合成靛藍溶解液僅在610nm處有吸收峰（靛藍）[8]。

方法評價：該法簡單高效，避免了甲醇溶解法中鑒別結(jié)果受植物靛藍染料中靛玉紅的含量及均勻度的影響，結(jié)果較準確。

2.7 熒光光譜法

鑒別原理：根據(jù)靛藍與靛玉紅二者熒光性能的差異來鑒別。

操作過程：采用熒光光譜儀在200nm～700nm波長處掃描植物靛藍與合成靛藍染料甲醇溶液。

結(jié)果判定：靛藍色素沒有熒光性能，而靛玉紅具有一定強度的熒光性能，因而，染料甲醇溶液在495nm處出現(xiàn)特征性發(fā)射峰是植物靛藍；而在200nm～700nm范圍內(nèi)沒有出現(xiàn)特征性熒光峰的是合成靛藍[9]。

方法評價：該法原理、過程及結(jié)果判定與紫外光譜法相似，鑒別結(jié)果也較準確，但熒光光譜儀的操作略復雜。

3 結(jié)語

植物靛藍與合成靛藍染料的鑒別方法有很多，要獲得更精確的鑒定結(jié)果，可選擇氣相、液相色譜法，但過程比較復雜，本文選擇性介紹了7種相對簡單快捷的定性鑒別方法，以便于客戶、商家、企業(yè)能在實際應用中選擇與使用，提供參考與幫助。

參考文獻：

[1]袁霞.靛藍浸染合成纖維的研究進展[J].上海紡織科技，2013，41（10）：4-6，17.

[2]張華玲.靛藍染料制備方法及染色工藝的發(fā)展[J].寧德師專學報（自然科學版）， 2010，22（4）：364-367.

[3]賈秀玲.植物靛藍染料染色及固色工藝研究[D].東華大學，2012.

[4]姚繼明，吳遠明.靛藍染料的生產(chǎn)及應用技術(shù)進展[J]. 精細與專用化學品，2013，21（4）：13-18.

[5]賈秀玲，崔運花，韓雅嵐，等. 植物靛藍染料的開發(fā)應用現(xiàn)狀及展望[J].紡織科技進展，2011（2）：24-26.

[6]劉健，劉文鳳，余志成.天然靛藍和合成靛藍染色棉織物的鑒別[J].現(xiàn)代紡織技術(shù)，2014（3）：49-52.

[7]汪瑗，朱若華，陳惠.薄層色譜分析法及其進展[J].大學化學，2006，21（3）：34-40.

[8]何桂華，鄭新華，韓煥美，等.人工合成色素靛藍標準樣品的研制[J]. 食品研究與開發(fā)，2013，34（22）：11-13.

[9]劉文鳳，余志成.采用3種光譜技術(shù)鑒別天然靛藍染色蠶絲織物[J].蠶業(yè)科學，2015，41（6）：1050-1054.

（作者單位：陳鎮(zhèn)，湖南工程學院、生態(tài)紡織材料及染整新技術(shù)湖南省高校重點實驗室；李馬斌，紹興市赤兔化工有限公司）endprint