红外光谱鉴别蚕丝棉真伪可行性探究

　　下面文章主要研究了傅里叶变换红外光谱对蚕丝绵进行真伪鉴别的可行性。收集五种市面上常见的丝绵样品，得到各种样品在4000cm-1～500cm-1范围内的红外光谱。并且通过对五种绵样品的红外光谱特征峰分析，从而可以推断出削口茧绵、柞蚕丝、蛹衬绵、桑蚕丝四种样品所含的主要成分为蛋白质纤维，聚乙烯绵的主要成分是人工纤维。而且通过对五种丝绵样品的红外光谱图比较，了解到其红外光谱差别是明显的，表明傅里叶变换红外光谱可作为鉴别蚕丝真伪的一种方法。

　　关键词：红外光谱,桑蚕丝,丝绵样品,分析,鉴别

　　随着经济的发展，人们对物质生活的要求越来越高，蚕丝的需求量也越来越大。高昂的市场价格和巨大市场需求使许多不法分子有了可趁之机。现在市面上出现大量以次充好的蚕丝，只凭肉眼和手感来判断是有一定问题的，不能准确有效的鉴别蚕丝的真伪，因此找到一种快速有效的方法来准确地辨别蚕丝的真伪就成为当务之急。

　　红外光谱是指物质在红外光的照射下，引起分子的振动能级和转动能级发生跃迁而吸收相对应的红外光而产生的光谱，不同结构的物质所产生的红外光谱是不一样的。红外光谱在中药的成分分析、中药的真伪鉴别、玉石的真伪鉴别等物质真伪鉴别和物质的成分结构分析领域已经有非常深入的研究，技术已经非常成熟[1,2]，为用红外光谱来鉴别蚕丝绵的真伪提供了有价值的参考。桑蚕丝是自然界中集轻、柔、细为一体的天然纤维，其主要成份是动物蛋白质纤维，丝胶和丝素，含有多种人体必须的氨基酸。

　　以蚕丝绵作为填充物的蚕丝被具有贴身保暖、蓬松轻柔、滑爽透气、保健滋养等品质及优点。削口茧绵是桑蚕茧脱蛹处理的时候直接剪掉茧口，使原来可长达数千米的蚕丝变成无数小段，导致制作出来的产品不均匀，容易板结，翻新难度比较大，这使得削口茧绵的价格较便宜。蛹衬绵是蚕茧缫丝后剩下来的最里面的薄茧层，因为本身含有蚕蛹等杂质有一定的异味，比较容易结块，无翻新价值，不能用来制作高档服装之类的高端产品，市场价值不高。柞蚕丝是柞蚕吐出的丝，为野生蚕丝，由于缺少人工管理，自然环境因素影响比较大，蚕丝整体呈黄褐色手感生硬加工处理难度非常大，市场价格偏低[3]。

　　聚乙烯绵是用人工纤维代替蚕丝又称为化纤，为化工产品，主要成分为聚乙烯，异味比较大，整体丝滑程度较低，手感较差，丝的粗细分布不均匀[4]，成品使用过程中比较容易板结，使用寿命只有1-2年,市场价格低廉。因为削口茧绵、柞蚕丝、蛹衬绵、聚乙烯绵的市场价格普遍低于真正的桑蚕丝绵，所以许多商家以次充好欺骗消费者，拉低桑蚕丝的市场价格，严重影响市场的公平。本文收集了桑蚕丝和市面上常见的以上四种以次充好的蚕丝绵样品，通过傅立叶变换红外光谱仪测试得到它们的红外光谱，通过对其光谱图的分析，探索一种辨别蚕丝真伪的科学方法。

　　1.实验与方法

　　1.1样品的制备

　　桑蚕丝和四种(削口茧绵、柞蚕丝、蛹衬绵、聚乙烯绵)以次充好的蚕丝绵样品均来源于云南楚雄当地。将蚕丝绵样品干燥并磨成粉末状，分别取蚕丝绵样品和干燥的溴化钾粉末按1:100的比例在玛瑙研钵中充分研磨，使二者均匀混合，用压片机压片制成测试样品。

　　1.2实验仪器

　　傅里叶变换红外光谱仪(美国赛默飞尔),扫描次数16次,波数范围4000cm-1～400cm-1,光谱分辨率0.8cm-1。

　　2.结果与分析

　　为了让实验结果更具说服力，对每种蚕丝绵样品分别制成两个样品来进行测量，求出两次测量的红外光谱平均峰来进行分析。

　　2.1桑蚕丝的红外光谱分析

　　在3297cm-1处的吸收峰是一个较明显的宽峰，归属于动物纤维中蛋白质分子N-H伸缩振动。在2970cm-1，2930cm-1附近出现的吸收峰,归属为甲基(CH3)和亚甲基(CH2)的伸缩振动。根据蛋白质的红外特征峰[5,6]，在1700-1600cm-1为酰胺Ⅰ带的峰和1600-1500cm-1为酰胺Ⅱ带的峰，蚕丝在1652cm-1处的特征峰归属于酰胺Ⅰ带，在1515cm-1处的特征峰归属于酰胺Ⅱ带。1229cm-1处的特征峰归属于蛋白质分子肽键中的C-N伸缩振动。

　　桑蚕丝在1446cm-1处的特征峰可归属于C=C键伸缩振动或C-H键的面内弯曲振动。1382cm-1处的吸收峰归属于CH3的对称弯曲振动[7]。1072cm-1处的特征峰归属于肽链中C-C伸缩振动。1160cm-1处的特征峰归属于C-O反对称伸缩振动。632cm-1处的特征峰归属于N-H弯曲振动。552cm-1处的特征峰归属于C=O面外弯曲振动。桑蚕丝的这些红外光谱特征峰清楚地表明其主要成分是蛋白质纤维。

　　2.2削口茧绵、柞蚕丝和蛹衬绵的红外光谱

　　三种样品在3293cm-1处都有吸收峰，归属于动物纤维中蛋白质分子N-H伸缩振动，在2930cm-1处都有吸收峰,归属为亚甲基(CH2)的伸缩振动，在1641cm-1和1511cm-1处都有吸收峰分别归属于酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带，在1315cm-1和1261cm-1处都有吸收峰分别归属于蛋白质的a-螺旋结构和蛋白质的无规则卷曲结构的吸收峰[8]，在1223cm-1和1080cm-1附近都有吸收峰，分别归属于蛋白质分子肽键中的C-N伸缩振动和肽链中C-C伸缩振动，在622cm-1和545cm-1附近都有吸收峰，分别归属于N-H弯曲振动和C=O面外弯曲振动。三种样品的这些红外光谱特征峰表明它们的主要成分也是蛋白质纤维。

　　2.3聚乙烯的红外光谱

　　聚乙烯绵在3435cm-1处出现一个强的特征峰，主要是氢键化羟基的吸收峰[9]。在2973cm-1处出现的吸收峰,归属为甲基(CH3)的伸缩振动。在2913cm-1和2854cm-1处出现的吸收峰,归属为亚甲基(CH2)的反对称和对称伸缩振动。在1953cm-1处的吸收峰归属于烯烃(C=C=C)的伸缩振动。

　　在1710cm-1处的吸收峰归属于酮(C=O)伸缩振动的吸收峰。在1575cm-1处的吸收峰归属于仲胺(NH2)面内对称弯曲振动。在1505cm-1处的吸收峰归属于酰胺Ⅱ带。在1454cm-1处的吸收峰归属于CH3的反对称弯曲振动和CH2的对称弯曲振动的共同贡献。在1401cm-1处的吸收峰归属于C-O的对称伸缩振动。在1384cm-1处的吸收峰归属于CH3的对称弯曲振动。在1346cm-1处的吸收峰归属于CH3的摇摆振动。

　　在1266cm-1处的吸收峰归属于蛋白质的无规则卷曲结构的吸收峰。在1237cm-1处的吸收峰归属于酯(C-O)伸缩振动。在1171cm-1处的吸收峰归属于CH3的摇摆振动或内脂C-O对称伸缩振动。在1080cm-1处的吸收峰归属于肽链中C-C伸缩振动。在1022cm-1处的吸收峰归属于基团S-O的伸缩振动。在904cm-1处的吸收峰归属于C-H的面外弯曲振动。在878cm-1和846cm-1附近的吸收峰归属于CH2的面外弯曲振动。

　　在790cm-1处的吸收峰归属于C-H的面外摇摆振动。在720cm-1处的吸收峰归属于C-H的面外弯曲振动。在528cm-1处的吸收峰可能是含硫化合物S-O面内或面外弯曲振动或S-S伸缩振动的特征峰[7,10]。根据文献[11]，人工纤维主要成分聚乙烯的红外光谱特征峰为2919cm-1、2851cm-1、1463cm-1、1377cm-1、1351cm-1、1306cm-1、1176cm-1、720cm-1，由聚乙烯绵的红外光谱图可知，其在2913cm-1、2854cm-1、1346cm-1、1171cm-1、720cm-1附近有吸收峰，说明其含有大量的人工纤维。另外，聚乙烯绵在1505cm-1、1266cm-1、1080cm-1、622cm-1有吸收峰，这些是蛋白质的红外光谱特征峰，说明聚乙烯绵中可能掺有一定的桑蚕丝或柞蚕丝成分。

　　2.4五种绵样品的红外光谱对比分析

　　五种样品的红外光谱在峰形和峰位上的差别是非常明显的，其中由于聚乙烯绵的主要成分是人工纤维，其红外光谱与其它光谱的差别最明显。在4000cm-1-2500cm-1波数段：桑蚕丝在3297cm-1、2970cm-1、2930cm-1处有三个明显的特征峰，削口茧绵在3409cm-1、2930cm-1处有两个明显的特征峰，柞蚕丝在3293cm-1、2964cm-1、2930cm-1、2875cm-1处有四个明显的特征峰，蛹衬绵在3293cm-1、2964cm-1、2930cm-1、2875cm-1处有四个明显的特征峰，聚乙烯绵在3435cm-1、2973cm-1、2913cm-1、2854cm-1处有四个明显的特征峰，另外在3435cm-1附近，只有聚乙烯绵有特征峰，其它四种样品没有特征峰，在3410cm-1和3293cm-1附近，聚乙烯绵没有特征峰，其它四种样品有特征峰，在2970cm-1附近，削口茧绵没有特征峰，其它四种样品有特征峰，这些光谱特征说明五种样品在此波数段范围的差别是明显的。

　　在2000cm-1-500cm-1波数段：聚乙烯绵在1953cm-1、1575cm-1、1346cm-1、1237cm-1、878cm-1、846cm-1、790cm-1、720cm-1、524cm-1处有独有的红外特征吸收峰，且在1641cm-1、1315cm-1、1226cm-1、696cm-1、545cm-1附近，聚乙烯绵没有特征峰，而其它四种样品有明显的特征峰，这些光谱特征能够较清楚地把聚乙烯绵和其它四种蚕丝绵样品区分开来;在其余的削口茧绵、柞蚕丝、蛹衬绵、桑蚕丝四种样品中，削口茧绵901cm-1、1020cm-1处存在独有红外光谱吸收峰，蛹衬绵在1710cm-1处存在独有红外光谱吸收峰，桑蚕丝在883cm-1处存在独有红外光谱吸收峰，在1315cm-1、1261cm-1附近桑蚕丝样品没有吸收峰，而其余三种样品有吸收峰，在1169cm-1附近蛹衬绵没有吸收峰，而其余三种样品有吸收峰，在970cm-1附近削口茧绵没有吸收峰，而其余三种样品有吸收峰，在805cm-1附近柞蚕丝和蛹衬绵有吸收峰，而其余两种样品无吸收峰。

　　另外对削口茧绵、柞蚕丝、蛹衬绵、桑蚕丝四种样品相同或相近的吸收峰来说，由于不样品所含相同成分的量不同和受其它因素的影响，使得吸收峰的峰形和峰位也存在一定的差别。这些特征能够把削口茧绵、柞蚕丝、蛹衬绵、桑蚕丝四种蚕丝样品区分开。

　　3.结论

　　1)通过对五种绵样品的红外光谱特征峰分析，我们可以推断出削口茧绵、柞蚕丝、蛹衬绵、桑蚕丝四种样品所含的主要成分为蛋白质纤维，聚乙烯绵的主要成分是人工纤维。

　　2)通过对五种绵样品红外光谱特征峰及其强弱的分析研究，表明五种丝绵样品的红外光谱区别是十分明显的。

　　3)实验研究结果说明红外光谱是鉴别蚕丝真伪的一种有效方法。

　　参考文献

　　[1]余静,张云,庞松颖等.红外光谱技术在物证鉴定中的应用[J].光谱学与光谱分析,2016,36(9):2807—2811.(YuJing，ZhangYun，PangSong-ying,etal.ApplicationofIRintheFieldofEvidenceIdentification[J].SpectroscopyandSpectralAnalysis.2016,36(9):2807—2811.)

　　[2]邱泽雨,郭允珍.中药红外光谱鉴别方法的研究[J].中成药,1989,11(8)：16.(QiuZe-yu,GuoYun-zhen,StudyontheidentificationoftraditionalChinesemedicinebyinfraredspectroscopy[J].ChineseTraditionalPatentMedicine,1989,11(8)：16.)

　　[3]杨陈.柞蚕丝结构性能分析[J].国际纺织导报,2016,44(4).(Yangchen,Analysisofthestructureandpropertiesoftussahsilk[J].MelliandChina,2016,44(4).)

　　[4]王丹涛,葛嘉文.制售掺杂使聚乙烯绵花和“黑心绵”对我国经济影响的分析[J].中国纤检,2005,(11):14-17.(WangDan-tao,GeJia-wen,Analysisoftheimpactofmanufacturingandmanufacturingofpoly(and"blackheartcotton"onChina'seconomy[J].ChinaFiberInspection,2005,(11):14-17.)

　　[5]罗曦芸，杜一平，沈美华等，红外光谱在纤维质文物材料鉴别中的应用研究[J]，光谱学与光谱分析，2015Vol.35(1)：60-64.(LuoXi-yun,DuYi-ping,ShenMei-hua,etal.InvestigayionofFibrousCulturalMaterialsbyInfraredSpectroscopy[J].SpectroscopyandSpectralAnalysis.2015Vol.35(1)：60-64.)

　　[6]B.Stuart.BiologicalApplicationsofInfraredSpectroscopy[M].ACOLSeries,Wiley,Chichester,UK,1997.

　　光学方向期刊推荐：《光谱学与光谱分析》系中国科学技术协会主管，中国光学学会主办，由钢铁研究总院、中国科学院物理研究所、北京大学、清华大学联合承办的学术性刊物。国际刊号ISSN：1000-0593，国内刊号CN：11-2200/O4。