紅外、拉曼光譜和裂解氣-質(zhì)聯(lián)用技術(shù)鑒別彈性纖維

黎海洋，劉 旺，程鑫橋，韓麗屏

（深圳市計量質(zhì)量檢測研究院，廣東深圳518109）

0 引言

近年來，隨著生活水平的不斷提高和消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變，人們對于紡織產(chǎn)品的要求也越來越高。聚烯烴彈性纖維、聚酯類彈性纖維、二烯類彈性纖維、氨綸等彈性纖維因能提高面料的柔軟性和彈性而被廣泛地用于各類紡織產(chǎn)品中。聚烯烴彈性纖維是由烯烴聚合成的纖維；二烯類彈性纖維是由聚異戊二烯構(gòu)成的纖維；聚酯類彈性纖維是以聚酯為原料,經(jīng)紡絲所得的彈性纖維；氨綸是聚氨酯彈性纖維的簡稱，是以聚氨酯為原料紡絲制得的彈性纖維。對于這四種常見的彈性纖維的鑒別，一般通過燃燒法、顯微鏡觀察法、化學(xué)溶劑溶解法等方法進(jìn)行鑒別[1]，但這些方法鑒別彈性纖維時會存在誤判的問題。紅外光譜儀、拉曼光譜儀、熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（Py∕GC-MS）的運(yùn)用可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的不足，提高測試的實效性和重復(fù)性，可為彈性纖維的準(zhǔn)確鑒別提供有力的支撐[2-6]。

1 試驗部分

1.1 試驗儀器

iS50傅里葉變換紅外光譜儀（美國Thermo Sci?entific公司）、DXR2xi色散型顯微共聚焦激光拉曼光譜儀（美國Thermo Scientific公司）、熱重分析儀（瑞士METTLER-TOLEDO公司）、裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國Thermo Scientific公司）和EGA∕PY3030D爐式熱裂解器（日本Frontier公司）。

1.2 試驗樣品

聚烯烴彈性纖維、聚酯類彈性纖維、二烯類彈性纖維、氨綸，均取樣于深圳市計量質(zhì)量檢測研究院的檢測樣品。

1.3 試驗方法

1.3.1 紅外光譜

采用衰減全反射法（attenuated total refraction，簡稱ATR），在波數(shù)4 000～600 cm-1、分辨率4 cm-1的測試條件下掃描32次，采集樣品的紅外光譜。

1.3.2 拉曼光譜

將試樣放入拉曼光譜儀激光器的聚焦臺上，移動樣品平臺，調(diào)節(jié)樣品至合適的位置，然后選用532 nm激光器測試掃描采集樣品，測量記錄3 700～100 cm-1的拉曼散射光譜。試樣測試部位應(yīng)覆蓋樣品中的所有纖維。

1.3.3 裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析

裂解條件：裂解產(chǎn)物與相連的氣象色譜儀進(jìn)行分離和鑒別，裂解溫度為600℃。

色譜條件：DB-5MS（5%聯(lián)苯-95%聚二甲基硅氧烷）石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；升溫前柱溫在50℃保持2min，然后以10K∕min速率升至280℃，保持10min；載氣（氦氣）流速0.80 mL∕min，分流比為50∶1。

質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源，電子能力為70 eV，離子源溫度為200℃，傳輸線溫度為300℃，質(zhì)荷比29～600（m∕z），采用NIST庫譜進(jìn)行搜索。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜分析

將纖維整理成束，采用ATR金剛石附件，采集得到的聚烯烴彈性纖維、聚酯類彈性纖維、二烯類彈性纖維和氨綸的紅外光譜圖見圖1。

圖1（a）是聚烯烴彈性纖維的紅外光譜圖，在2 916 cm-1的特征峰對應(yīng)的是─CH2反對稱伸縮振動，在2 848 cm-1的特征峰對應(yīng)的是─CH2對稱伸縮振動，在1 462 cm-1的特征峰對應(yīng)的是─CH2彎曲振動，這些特征峰與乙烯的特征峰相對應(yīng)。圖1（b）是二烯類彈性纖維的紅外光譜圖，在3 038 cm-1和834 cm-1處的特征峰對應(yīng)的是==CH─H，在2959 cm-1、1 446cm-1和1 375 cm-1處的特征峰對應(yīng)的是─CH3，在2 914 cm-1和2 852 cm-1處的特征峰對應(yīng)的是─CH2，在1 660 cm-1處的特征峰對應(yīng)的是C==C。圖1（c）是聚酯類彈性纖維的紅外光譜圖，2921cm-1處的吸收峰歸屬于─CH2的不對稱伸縮振動，1716cm-1處的特征峰對應(yīng)的是C==O，1 340 cm-1處吸收峰歸屬于─CH2，1 018 cm-1、872 cm-1和 725 cm-1處吸收峰歸屬于彈性聚酯纖維分子苯環(huán)中的C─H。圖1（d）是氨綸紅外光譜圖，2939cm-1和2855cm-1處的吸收峰歸屬于氨綸分子中的─CH2和─CH3，1730 cm-1處的特征峰對應(yīng)的是C==O，1 530 cm-1處吸收峰歸屬于氨綸分子中的C─N和N─H，1 220 cm-1處吸收峰歸屬于脂肪酯中的C─O。

圖1 4種彈性纖維的紅外光譜圖

2.2 拉曼光譜分析

當(dāng)激光照射樣品時，樣品分子與光子之間產(chǎn)生非彈性碰撞，即產(chǎn)生拉曼散射。借助于儀器將拉曼散射的強(qiáng)度值與相應(yīng)拉曼位移值作圖，即可獲得該樣品的拉曼光譜，光譜圖中每一個拉曼位移特征峰都包含了樣品分子結(jié)構(gòu)的信息，不同分子會產(chǎn)生不同的拉曼光譜圖。4種彈性纖維的拉曼光譜圖詳見圖2。

圖2（a）是聚烯烴彈性纖維的拉曼光譜圖，主要的特征峰有1060cm-1、1126 cm-1、1294 cm-1、1437cm-1；圖2（b）是二烯類彈性纖維的拉曼光譜圖，主要的特征峰有 1 002cm-1、1311 cm-1、1375 cm-1、1 452 cm-1、1 666 cm-1；圖2（c）是聚酯類彈性纖維的拉曼光譜圖，主要的特征峰有 631 cm-1、857 cm-1、1 094 cm-1、1289 cm-1、1 613 cm-1、1 726 cm-1；圖 2（d）是氨綸的拉曼光譜圖，主要的特征峰有1 289 cm-1、1613 cm-1、2916 cm-1。

圖2 4種彈性纖維的拉曼光譜圖

2.3 熱解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析

把待測樣品置于裂解器中，利用有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性，在隔氧的條件下加熱使其快速分解，然后將裂解產(chǎn)物隨氣體進(jìn)入色譜柱中進(jìn)行分離分析，結(jié)合質(zhì)譜對裂解產(chǎn)物進(jìn)行分析，可以研究裂解產(chǎn)物和原樣品的組成結(jié)構(gòu)。對4種彈性纖維分別在600℃的溫度下進(jìn)行熱裂解，總離子流色譜圖詳見圖3。

圖3（a）是聚烯烴彈性纖維的裂解氣相色譜圖，主要的裂解產(chǎn)物有丙烷、1-戊烯、1-己烯、1,5-己二炔等；圖3（b）是二烯烴類彈性纖維的裂解氣相色譜圖，主要裂解產(chǎn)物有異戊二烯和異戊二烯二聚體；圖3（c）是聚酯類彈性纖維的裂解氣相色譜圖，主要裂解產(chǎn)物有苯甲酸、苯甲酸乙二酯、鄰苯二甲酸乙二酯斷裂成相對分子質(zhì)量較高的碎片；圖3（d）是氨綸的裂解氣相色譜圖，主要裂解產(chǎn)物有1,3-丙二烯、環(huán)戊酮、1,4-丁二醇等。

圖3 4種彈性纖維的裂解氣相色譜圖

3 結(jié)論

（1）聚烯烴彈纖維的紅外特征峰包括2916 cm-1、2 848 cm-1和1 462 cm-1處的峰；拉曼特征峰包括1060 cm-1、1 126 cm-1、1 294 cm-1和 1 437 cm-1處的峰；主要的裂解產(chǎn)物有丙烷、1-戊烯、1-己烯、1,5-己二炔等。

（2）二烯類彈性纖維的紅外特征峰包括3 038 cm-1、2959cm-1、2914cm-1、2852cm-1、1446cm-1和1375 cm-1處的峰；拉曼特征峰包括1 002 cm-1、1 311 cm-1、1 375 cm-1、1 452 cm-1和1 666 cm-1處的峰；主要的裂解產(chǎn)物有異戊二烯、異戊二烯二聚體等。

（3）聚酯類彈性纖維的紅外特征峰包括1716 cm-1、1247cm-1、1101cm-1、1018cm-1、872cm-1、725 cm-1處的峰；拉曼特征峰包括631cm-1、857cm-1、1 094cm-1、1 289 cm-1、1 613 cm-1和 1 726 cm-1處的峰；主要的裂解產(chǎn)物有苯甲酸、苯甲酸乙二酯、鄰苯二甲酸乙二酯斷裂成相對分子質(zhì)量較高的碎片等。

（4）氨綸紅外特征峰包括3317cm-1、1 730 cm-1、1 530 cm-1、1 220 cm-1處的峰；拉曼特征峰包括1 289 cm-1、1 613 cm-1、2 916 cm-1處的峰；主要的裂解產(chǎn)物有1,3-丙二烯、環(huán)戊酮、1,4-丁二醇等。

（5）通過紅外光譜法、拉曼光譜法和熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對聚烯烴彈性纖維、聚酯類彈性纖維、二烯類彈性纖維和氨綸進(jìn)行了比對檢測，結(jié)果可為這4種彈性纖維的檢測提供鑒別依據(jù)，也可以滿足紡織行業(yè)對彈性纖維的快速、準(zhǔn)確鑒定的需求。