氣味指紋圖譜技術在紡織品檢測中的應用

中圖分類號：TS941.79 文獻標志碼：A 文章編號：1009-265X（2025）05-0001-09

隨著人們生活水平的提高，消費者對紡織品環保性和安全性的關注日益增加，對產品質量也提出了更高要求。在紡織領域，氣味可以成為衡量紡織品原料品質、生產加工合規性的評判依據之一。國家已經制定了嚴格的相關標準規范[1]，以確保紡織品的氣味符合要求。目前，常見的氣味評估方法是采用主觀嗅覺法，即依靠人類嗅聞進行紡織品氣味的初步評估。但個體主觀差異會導致評估結果的不穩定[2]，并且紡織品中的部分氣味有一定的毒性，不宜長時間吸入。當前在紡織品檢測領域尚缺乏廣泛認可的客觀評價方法及標準

由一種或多種揮發性化合物引起的氣味可以被視為一種“指紋”[3]。目前借助傳感器、色譜儀、質譜儀等儀器對產品揮發性氣味進行檢測，并最終形成帶有本質屬性特征的雷達圖、色譜圖或其他圖譜的檢測技術，被稱為氣味指紋圖譜技術。該技術包括電子鼻技術、氣相色譜質譜聯用技術等，這些技術可以識別出產品中具有特殊氣味物質的本質特征[4]。根據這些特征信息，生成反映氣味主要特征的圖像，進而達到表征與鑒別氣味的目的。

氣味指紋圖譜技術的發展為紡織品氣味的科學評估提供了有力的支撐。本文通過文獻檢索并分析總結該技術在紡織品領域的具體應用，如紡織品異味、揮發性氣體的檢測、紡織品留香和消臭性能的評定，并指出目前存在的問題及未來的發展方向，期望推動氣味指紋圖譜技術在紡織品檢測領域的發展

氣味指紋圖譜的介紹

構建氣味指紋圖譜的主要步驟包括樣品采集、數據采集、數據分析與特征信息提取、生成氣味指紋圖譜[5-7]，流程圖如圖1所示。在氣味檢驗的研究中，通常采用一種或多種技術聯用進行數據檢測，以生成某類樣品的主要特征圖像。隨著此類樣品氣味數據庫的不斷完善，可建立氣味指紋圖譜識別模型，進而實現對這類氣味快速準確的評價[8]

紡織品的氣味種類包括霉味、高沸程石油味、芳香烴氣味（或香味）和魚腥味[9]。氣味作為評判紡織品品質的一個標準，存在多種檢測方法進行衡量和評估[10]，如紫外分光光度計法[11-12]、熱重分析法[13]、熒光標記法[14]等。由于紡織品氣味是由多種不同濃度揮發性化合物組成的復合體，檢測比較困難。氣味指紋圖譜技術作為一門先進技術，在紡織品氣味檢測可以發揮獨特的優勢，全面了解樣品的氣味特征。

2 氣味指紋圖譜技術的應用

在氣味指紋圖譜技術中，常用的檢測技術是電子鼻技術和氣相色譜質譜聯用技術，以及多種技術的聯合使用。

2.1 電子鼻技術及應用

電子鼻技術作為一種新型的仿生檢測手段，可以模仿生物的嗅覺來感知、描述氣味分子[15]，主要由氣體采集接收、氣敏傳感器陣列、信號預處理和模式識別4個步驟組成[16]。電子鼻和生物嗅覺系統對氣味分子的感知過程如圖2所示：氣體采集對應人的鼻子吸入空氣中的氣味分子，傳感器陣列模擬了嗅覺感受細胞對這些分子的化學反應，信號處理和模式識別部分類似于人的大腦皮層接收到神經信號后進行的分析與識別，最終確定所感知的氣味[17-19]

氣敏傳感器陣列是電子鼻系統的核心部分，其原理是根據不同氣敏傳感器對復雜成分氣體的敏感程度各異，導致響應不同而設計的。紡織品因其獨特的結構特性容易成為各種揮發性氣味的載體[20]電子鼻可以利用氣敏傳感器陣列快速、準確地識別和分析氣味，提供樣品氣體的整組信息[21]。常用的氣敏傳感器根據材料類型劃分，有金屬氧化物半導體、導電聚合物材料、石英晶體微天平等。利用傳感器陣列采集數據后，通過數據預處理提取反映氣體樣品特性的關鍵特征，經模式識別系統對氣體進行檢測、分類和識別。模式識別中的經典算法包括主成分分析、判別函數分析、支持向量機等。目前在處理復雜氣體識別中也開始應用人工神經網絡，例如反向傳播神經網絡、卷積神經網絡[22] O

電子鼻技術對揮發性物質的檢測具有響應時間短、檢測速度快、檢測范圍廣泛、操作方便的優點，因此可以用于快速定性定量分析紡織品氣味。

2. 1. 1 鑒別紡織品纖維

當前紡織品市場普遍存在纖維摻假及服裝纖維成份與標識不符的問題。電子鼻技術能夠利用氣敏傳感器陣列提取纖維的特定氣味信息，并結合線性判別分析（Lineardiscriminantanalysis，LDA）、主成分分析（Principal component analysis，PCA）等方法處理數據，生成氣味指紋圖譜，實現纖維類型的快速鑒別。

在張曉利等的報道[23]中，電子鼻技術成功鑒別出了腈綸、蠶絲、莫代爾、醋酯纖維、錦綸、氨綸6種不同纖維；通過LDA和PCA分析得到的分布圖顯示，各類纖維樣品的數據點呈帶狀分布，并清晰地分為6個區域，對應上述6種不同的纖維。電子鼻技術還能高效區分羽絨服中不同羽絨的類別，通過觀察生成的鵝絨與鴨絨的雷達指紋圖譜，發現鵝絨樣品的雷達指紋圖譜較均衡，而鴨絨呈現三葉草形，且兩個樣本在圖中形成了各自分離的橢圓區域[24]同時，電子鼻也可以有效識別混紡織物中不同纖維含量比重[23]。例如，在對棉/滌（70/30）的織物進行分析時，發現大部分樣品點明顯聚集在代表棉纖維與滌綸纖維的兩個區域之間，且大多數數據點緊貼棉纖維一側，說明電子鼻能夠準確反映混紡纖維的組成。綜上所述，電子鼻可以在不破壞纖維樣本的前提下實現對纖維的鑒別，將多種纖維圖譜的數據進行整合，有助于更快速和便捷地識別纖維

2.1.2 紡織品揮發性氣味的檢測

紡織品氣味通常源于揮發性化合物，這些化合物包括染料、處理劑、纖維本身以及在生產過程中使用的化學品。電子鼻的定量分析原理是通過各個氣敏傳感器的信號強度差異，來判斷氣體樣品中敏感物質的顯著差異[25]。在檢測棉織物中的霉味、煤油味、芳香烴、香水味和魚腥味5種異味的實驗中，根據定量分析原理發現5種帶異味的布樣中，香水味布樣的區分效果最顯著，魚腥味布樣最不顯著[26] 。同時，根據電子鼻傳感器的響應結果，可以識別出織物中揮發性氣體的成分組成和含量。在檢測染色后的絲織物樣品時，楊策等[27]發現部分傳感器對樣品的響應值均較低，說明這些傳感器對應的芳香成分化合物、氮氧化合物、醇類和醛酮類、有機硫化合物在樣品中含量較低。并且比較不同染色處理方法下的傳感器響應值，發現經漆酶催化后染色織物的響應值高于提取物直接染色的響應值，說明經漆酶催化提取物染色的絲織物散發出更高濃度的氣味。

電子鼻技術能通過氣敏傳感器提取特征數據，測量計算出客觀氣味閾值（電子鼻的最低檢出限），與主觀嗅覺法獲得的主觀值比較，為主觀評價提供客觀依據[28]。為增強復雜化合物在低濃度下的靈敏度，可通過增加傳感器種類和數量[29]、優化材料和薄膜沉積技術[30]來改進傳感器陣列。

2.1.3 評定織物留香持久性

陳巖等[31]在評價香精微膠囊質量的研究中，提出了利用電子鼻技術測定微膠囊在不同時間段的香氣釋放情況的方法。通過記錄各傳感器上的響應值，定量表征微膠囊的緩釋效果。以PEN3型電子鼻為例，該過程由氣路流量控制系統、電子鼻傳感器陣列和信號處理系統組成[32]，如圖3所示。電子鼻可以連接頂空自動進樣器進樣，并且通過計算機接口連接電腦存儲監測數據信息，

織物留香性能的評價是通過定量描述不同時間點下香味與空氣的比值，并結合所有時間點的比值數據進行曲線擬合，根據曲線下降的舒緩程度推斷出香味緩釋速度的快慢。AsadiFard等[33]以第二代聚丙烯亞胺（Propyleneimine-Generation 2，PPI-G2）樹枝狀大分子作為緩釋劑，建立芳香織物的留香曲線。發現香味隨著時間的推移衰減速率較慢，說明PPI-G2具有顯著的緩釋效果，能有效延長香味的持久性。由于織物中的香味通常是通過添加香精或具有天然香味的纖維來實現，所以香味的留存時間會受到高溫、洗滌等因素的影響。根據Xiao等[34]的研究，將纖維素/二氧化硅混合微膠囊涂覆在棉織物上，并在 120^°C 下加熱 后，使用電子鼻檢測發現香味損失率低于 20% ，這證明了經過此種微膠囊特殊處理的芳香棉織物具有良好的熱穩定性。

電子鼻技術可以定量描述紡織品的留香效果，有利于評估紡織品香味在空氣中的持續釋放性能，對制備以化學物質作為緩釋劑或者經改性纖維處理后的芳香微膠囊研究有一定的指導意義。但由于評定留香持久時間需要人為間隔時間數進行測量，無法準確快速地估算留香效果，可以運用深度學習建立織物留香效果預測模型[35]對織物留香持久性進行預測。

2.2 氣相色譜質譜聯用技術及其應用

氣相色譜質譜聯用技術（Gaschromatography-massspectrometry，GC-MS）是一種將氣相色譜儀與質譜儀通過接口組件相結合，借助計算機技術進行聯用分析的技術。主要由色譜儀、接口部分、質譜儀和計算機數據處理系統4大部分組成，如圖4所示。色譜儀分離試樣中的各組分，起著樣品制備的作用；質譜儀將從接口引入的各組分進行分析，成為色譜儀的檢測器

GC-MS的定量分析方法可以分為外標法、內標法、歸一化法3大類。當能夠精確進樣量的時候，通常采用外標法進行定量。外標法是用標準樣品配制不同濃度的標樣，在與待測樣品完全相同的操作條件下，測得標樣中各化合物的峰面積或峰高，得到絕對響應因子 f_s ，計算公式如式（1），外標法的計算公式如式（2）：

m_s=A_s?f_s

式中： ω_s 為標準樣品中的含量； A_s 為標準樣品譜圖中的峰面積， m_s 是樣品中的含量。

歸一化法直接通過峰面積或者峰高進行歸一化計算，從而得到待測組分的含量。由于很多時候樣品中各組分的響應因子并不相同，為了消除檢測器

對不同組分響應程度的差異影響，需要通過相對響應因子 g_i （計算公式如式（3））對不同組分峰面積進行修正，再進行歸一化計算。其計算公式如式（4）：

式中 是標準物質的絕對響應因子； m_i 是未知樣品中組分 i 的含量

在無法精確進樣量、不是所有組分都出峰的情況下，常采用內標法解決定量的辦法[36]。內標法是選擇適當的內標化合物加人標樣和待測樣品中進行測定，計算相對響應因子，由相對響應因子 g_i 和加入內標化合物的量進行定量，

GC-MS作為一種定性定量分析復雜揮發性物質的工具，在檢測紡織品異味、評定紡織品消臭性能和分析紡織品化學殘留物等方面發揮了重要作用。

2.2.1 紡織品吸附異味的檢測

紡織品異味不僅來源于其生產加工和整理工藝，還容易受外界環境影響。在日常使用中，汗味、煙味、火鍋味等異味極易附著在紡織品上。通過使用GC-MS技術對吸附了卷煙味的棉織物成分中進行檢測，發現了尼古丁和3-乙烯基吡啶的存在，同時還檢測到了吡啶類、醛、酚等多種具有較高的極性和揮發性的低分子質量化合物[37]。Huang 等[38]為進一步研究不同纖維織物的異味吸附能力，把棉織物與羊毛和滌綸織物共同暴露于煙味環境中，研究表明，在吸附和釋放揮發性有機化合物的能力上，棉織物的表現顯著優于羊毛和滌綸織物，說明棉織物在吸附異味方面的特性更突出

為研究穿著后的紡織服裝產生的異味，Rathinamoorthy等[39]進行了多次不同面料的紡織服裝與腋下接觸的試驗。用GC-MS檢測出使紡織服裝與腋下接觸產生異味的原因主要是由于織物上潛在的汗液源短鏈揮發性脂肪酸，如月桂酸、異丁酸和棕櫚酸成分。這些化合物是汗液中的常見成分，當它們積聚在織物上并與空氣中的其他物質相互作用時，會產生異味。通過研究了解和控制織物吸附異味的原理，有助于開發具有更好抗異味特性的紡織品

2.2.2 紡織品消臭性能評定

紡織品的消臭整理是采用消臭整理劑這類特殊的功能性整理劑，通過浸漬、浸軋等工藝，賦予紡織品消臭功能。此類消臭整理劑中的礦物質提取物能夠有效去除吸附在織物上的臭味分子。為了科學評估紡織品的消臭效能，通常采用GC-MS作為分析手段，以精確測定紡織品對于吲哚、異戊酸、2-壬烯醛等多種典型臭味成分的消除能力。在國內，測試過程遵循GB/T33610.3—2019《紡織品消臭性能的測定第3部分：氣相色譜法》的標準進行[40]。具體步驟為：測試時先將臭味物質裝入試樣袋中，用氣相色譜儀器測定袋內臭味成分及濃度；然后將經過消臭處理的紡織品試樣放入袋中，定期檢測袋內臭味成分及濃度的變化，以獲取臭味成分、濃度隨時間變化的數據。該方法可以同時測定多種臭味物質成分及其濃度變化情況，為紡織品的消臭性能提供科學依據。

2.2.3 紡織品化學殘留物檢測

紡織品中的化學殘留物有以下幾個主要來源：在生產加工中使用的染料和顏料、化學處理劑、助劑；殘留在棉花等作物中的殺蟲劑和除草劑；在原料儲存過程中使用的阻燃劑、防腐劑等[41]。這些物質能通過皮膚接觸、吸入或攝入等方式損害人體健康造成不良影響[42]，因此對紡織品中的化學殘留物進行全面、準確的檢測顯得尤為重要。目前已有許多實際應用，例如通過GC-MS測定紡織柔軟劑中的環硅氧烷[43]和紡織品中的殺蟲劑、增塑劑[44]等有害物質含量。對測試得到的標準曲線、檢出限和回收率進行分析考察，結果表明其重現性好、定量準確，說明GC-MS技術能夠安全地實現對化學殘留物的有效分離、鑒定和檢驗。

GC-MS技術雖然能夠提供化合物的詳細化學信息，但在前期樣品處理過程中化學溶劑的萃取可能會影響揮發性物質的特質。因此在進行氣相色譜儀進樣檢測前通常要對檢測樣品進行前處理[45]，前處理方法包括超聲波輔助萃取氣質聯用色譜技術、加速溶劑萃取（Accelerated solvent extraction，ASE）技術、頂空固相微萃取（Solid phase microextraction，SPME）技術、QuEChERS（Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safe）技術，表1列舉了在紡織品氣味研究中GC-MS技術與不同前處理技術結合的具體應用。不同的前處理方法會直接影響結果的準確性和可靠性，因此需要全面考慮各手段的優缺點，針對具體的研究目標來選擇合適的方法[46]，如對芳香紡織品氣味的檢驗常采用SPME-GC-MS技術，QuEChERS技術常用于檢測農藥殘留物和環境污染物[47] 。

2.3 其他新興檢測技術

電子鼻可以快速篩選和識別多種氣味，但無法精確識別氣味的具體化學成分；GC-MS技術更適合對特定化合物進行精確分析，但無法衡量各成分的氣味濃度及其對整體嗅覺感受的貢獻程度。為了彌補這些技術的不足，更多新興檢測技術被應用于紡織品氣味分析中，例如頂空氣相離子遷移譜技術和氣相色譜-嗅聞技術。

頂空氣相離子遷移譜技術是一種結合了氣相色譜的高分離能力和離子遷移譜的分析技術。它通過頂空進樣方式將樣品中的揮發性成分引入氣相色譜柱進行初步分離，隨后進入離子遷移譜電離室進行二次分離和檢測。作為一種能夠有效分離并靈敏檢測揮發性化合物的技術，它具有響應速度快、靈敏度高、操作簡便等優點，適用于識別檢測低濃度的揮發性氣體。該技術已被應用于環境污染物分析，其中包括可能源自紡織品的污染物[55]。因此，該技術的應用有助于分析紡織品中的有害化學物質。在檢測過程中，離子遷移譜結合色譜法能獲得揮發性成分的保留時間、離子遷移時間以及峰強度等詳盡參數[56]，從而為后續的數據分析提供了更為全面的數據支撐。

氣相色譜-嗅聞技術是一種將氣相色譜的分離能力與人類嗅覺靈敏度相結合的分析技術，包括樣品制備、分離方法和嗅覺評價技術3部分。該技術結合了氣相色譜的客觀分離能力和人類嗅覺的主觀感知能力，能夠更全面地反映樣品的氣味特征。該技術已在食品和飲料領域成功應用多年[57-59]，并逐漸擴展至紡織領域，用于識別織物上吸附的異味。已有少量研究通過將服裝在固定環境暴露的實驗，證實了部分揮發性有機化合物能夠在衣物上積累的現象，并且對這些化合物類別進行了探究[60]

這些新技術為識別紡織品氣味的成分、含量、留存時間提供新的視角。不僅可用于評估紡織品加工中使用的新染料、助劑等原料的氣味特性，為助劑類的配方優化提供科學依據，還能深入探究紡織品在不同環境條件下氣味的變化規律，為紡織品改進和升級提供技術支持。

3 總結與展望

氣味指紋圖譜技術作為一種全面分析氣味特征的方法，在進行氣味成分鑒定與預測中，具有精密度好、反應快速、穩定性好、檢測結果客觀、可在線監測等優點。在紡織領域中已被應用于異味檢測、氣味識別，品質評價以及紡織品留香性能和消臭性能的評定等方面。目前該技術的研究重點在于改進電子鼻傳感器陣列，并探索用于檢測紡織品揮發性化合物的各種樣品制備方法。隨著設備儀器和計算機技術的不斷進步，氣味指紋圖譜技術在揮發性氣味的分類和模型預測方面也取得了顯著進展。為了拓展氣味指紋圖譜在紡織品檢測領域的應用，未來的研究可以朝著以下幾方面發展：

a）健全紡織品氣味指紋數據庫

在紡織品的生產、加工和后整理等多個環節中，揮發性物質會隨著時間發生變化。因此，數據庫應涵蓋不同纖維含量的紡織品，確保全面覆蓋各種材質的氣味指紋。同時需要對不同工藝的紡織品產品進行系統劃分，制定相關工藝標準。通過詳細記錄紡織品的原材料、生產工藝等相關信息和統一標準，實現更快速地識別紡織品氣味

b）多維分析技術共同表征紡織品氣味

氣味指紋圖譜技術可以根據紡織品中收集到的揮發性成分信息來進行氣體的識別。但目前電子鼻技術和GC-MS等技術在全面表征紡織氣味方面尚顯不足，無法準確辨別揮發性成分對紡織品氣味的影響程度，還需要加強多種技術手段的綜合應用通過多技術、多維度的分析方法，可以更全面地揭示紡織品氣味的化學組成和特性，為紡織品的氣味控制和品質提升提供科學依據

c）結合使用多種數據處理方法

氣味指紋圖譜技術中關鍵的一步就是數據處理。在實際應用中，使用一種方法有時并不能較好地對數據進行分類，需要結合其他數據處理方法。例如應用機器學習算法可進行進一步識別出可能的氣味源頭。利用深度學習技術如卷積神經網絡對大規模的氣味指紋數據進行特征提取和模式識別，可以提取出大規模數據的規律和特征

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The application of odor fingerprinting technology in textile testing

WU Wei， WU Jiayao， CHEN Jiahua， ZHENG Jingjing （a.School of Fashion Design amp; Engineering；b.Zhejiang Provincial Engineering Laboratory of Fashion Digital Technology，Zhejiang Sci-Tech University，Hangzhou 31OO18，China）

Abstract：Accurate identification of textile odor is important for regulating the marketand monitoring the printing， dyeing and finishing processes of production.Traditional detection methods face many chalenges，and odor fingerprinting technology has become a cuting-edge detection technologydue to itsobjectivity，reliabilityand high reproducibility.This technique notonly efficiently detects thevolatile components of samples but also facilitates rapid，non-destructive，and accurate analysis of characteristic odorants.This paper reviews the basic principles of odor fingerprinting technologyand itsapplication in textile testing，ultimatelyaiming toprovide novel insights and ideas for textile odor detection.

Odor fingerprinting technology mainly includes electronic nose technology and gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）.Electronic nose，as a bionic detection tool，can fullcapture the odor characteristics of the sampleandquickly analyze the odor components through the gassensor array，which is suitable for textile fiber identification，volatileorganic gas detection and textile fragrance persistence assessment.GC-MS integrates the advantages of gas chromatographyand massspectrometry，and is widelyused in the identification of textileodors， evaluation of deodorization performance，and detection of chemical residues．However，the accuracy of GC-MS depends on sample pretreatment techniques，such as ultrasonic-sisted extraction， accelerated solvent extraction， and headspace solid-phase microextraction. In this paper，the relevant studies and results of these techniques are summarized. In addition， new techniques such as headspace gas-phase ion mobility spectrometry and gas chromatography-olfactometry have been used for textile odor analysis，providing new perspectives for the identification of odor components.Current research in odor fingerprinting technology focuses on the improvement of electronic nose sensor arrays and sample preparation methods for textile volatile compounds.Electronic nose sensors have been enhanced by increasing sensor types and optimizing materials to improve detection sensitivity，while GCMS is mainly used to detect residual compounds in textiles，such as printing and dyeing auxiliaries，pesticide residues and flame retardants.

Although odor fingerprinting technologyhas been applied in textile odordetection，it stillfaces challenges such as complex data clasificationand insuffcient characterization of feature information.In the future，there is a need to further develop theodor fingerprint database，systematicallyclassify textiles，and establish standardized methods to ensure the consistencyandcomparabilityofodordata.Due to the complexityof odor formation，it isnecessry to comprehensivelyuse multidimensional analysis techniques to comprehensively reveal the chemical composition of odors.With the development of computer technology，a variety of data processng methods can be employed to achieve feature extraction and pattern recognition of large-scale odor fingerprint data，so as to deeply analyze the patterns and characteristics of odor fingerprint data.

Keywords：textile testing; odor fingerprinting technology; electronic nose;gas chromatography-mass spectrometry