淺談如何提高OFDA纖維直徑分析儀檢測羊毛纖維平均直徑的準確性

纖維直徑是羊毛質量評價的一項重要指標，也是羊毛交易中分級定價的重要依據。羊毛纖維直徑越細，支數越高，紡出的紗線越細。羊毛纖維的卷曲截面形狀、內部髓腔、正皮質的雙邊結構、強度、伸長率、彈性、彎曲剛度、吸濕性等，幾乎都與羊毛纖維的直徑指標有關，直徑成為確定羊毛品質和使用價值的重要指標。

目前，測試羊毛直徑的方法有很多，主要包括投影顯微鏡法、光學分析儀法（OFDA）、激光掃描法、氣流儀法等。從直徑測試方法的發展來看，快速、高精度、高效率、易操作、工作強度低的測試方法必然會成為主流。光學分析儀法（OFDA）具有測量直徑范圍較廣、測量速度快、制樣過程簡單、測量精確性高、測量時間短等特點，在羊毛纖維直徑檢測中得到了越來越廣泛的應用。因此，提高OFDA纖維直徑分析儀檢測羊毛纖維直徑的準確性有著重要的意義。

本文對OFDA纖維直徑分析儀的檢測原理及在檢測過程中（執行GB/T 21030 《羊毛及其他動物纖維平均直徑與分布試驗方法 纖維直徑光學分析儀法》，以下簡稱“標準”），試驗樣品、溫濕度、試樣制備、測試區域選擇等因素對檢測結果的影響進行了分析和探討。

1 測試原理

OFDA纖維直徑分析儀的測試原理是用計算機圖像處理技術測量纖維直徑，即把圖像處理與計算機配合使用。用專用的纖維切斷器將纖維切成2mm左右的短纖維片段，并用散樣器均勻地分布在載玻片上制成樣片，將樣片放置在載物臺上，由步進電機控制一步步地通過物鏡的像域，每走一步由CCD攝像頭拍取一幅纖維圖像，將圖像經圖像采集卡攝入計算機。由計算機對圖像進行分析處理，一旦纖維片段被捕捉到，分析系統在沿纖維縱向的三個點比較寬度。如果寬度近似，纖維被認可。纖維一旦被認可則沿纖維長度方向從頭到尾找到一個兩邊緣都足夠清晰的位置進行測量。計算機自動鑒別、剔除互相交叉和重疊的纖維。將有效的纖維在選定的區域內按設定的組距列成分組頻數表，在計算機顯示屏上顯示并打印出纖維直徑分布圖、直徑平均值、標準差、變異系數、測量根數等指標。

2 羊毛纖維直徑測試過程中的注意事項

OFDA纖維直徑分析儀在測試羊毛纖維直徑過程中應注意試驗樣品、溫濕度、試樣制備、測試區域選擇等因素對檢測結果的影響。

2.1 試驗樣品對檢測結果的影響

按GB 1523《綿羊毛》或IWTO鉆芯試驗規則樣品方法進行。含脂羊毛需要經過洗滌、烘干和預調濕，在洗滌羊毛的過程中盡可能去除羊毛的油脂，油脂過大會影響散樣器對切斷的纖維進行散樣及纖維在載樣片上所占面積的比例，進而影響待測樣品的代表性和均勻性。

2.2 溫濕度對檢測結果的影響

標準中要求試驗樣品在溫度為(20±2)℃、相對濕度為(65±3)%的標準大氣條件下調濕，并達到吸濕平衡。為分析不同預處理條件對檢測結果的影響，筆者結合檢測標準和工作經驗，使用同一臺OFDA2000P測試21st SERIES OF IH-STANDARDS系列標準毛條經過不同溫濕度條件預處理后的纖維直徑平均值，每個標準毛條測試10次，以10次的平均值作為最終的測試結果，具體測試數據見表1。

從表1可以看出，不同預處理條件下測試的平均值與標稱值的絕對差值絕大多數都在最大允差范圍內，但標準大氣預處理測試的平均值與標稱值的絕對差值相對最小，最接近標稱值。因此，盡管溫濕度對OFDA纖維直徑分析儀檢測羊毛纖維平均直徑影響相對較小，但是為確保檢測結果的準確性，在標準大氣條件下對樣品進行預處理是十分必要和重要的。

表1 不同預處理條件下的標準毛條直徑測試結果 μm

2.3 試樣制備對檢測結果的影響

使用微型鉆芯器或切斷器將經洗滌、干燥和調濕的試樣切取成短纖維片段后，大致分成5等份，并用鑷子均勻地放置在布樣器的篩網上，開動電機，帶動金屬片在緊貼短纖維片段的上方來回轉動，使短纖維片段均勻地落到下方的玻璃載樣片上，合上載樣片，完成一個試樣的制備。

試樣制備應注意以下幾點：在試樣制備開始前和結束后清理微型鉆芯器或切斷器、自動布樣器、小樣托盤、載樣片等，以免影響檢測結果；在制樣過程中確保短纖維片段至少在2000根以上，且纖維在載樣片上所占面積的比例控制在15%～25%；用鑷子撿出短纖維片段中的其他雜質或明顯長于短纖維片段的長纖維；使用載樣片時，用手指拿取載樣片兩側，避免留下指紋，合上載樣片時應小心，以免造成短纖維片段移動或吹出；實驗室若配置多臺OFDA纖維直徑分析儀，每臺設備配置的載樣片應做好標記，避免因載樣片混淆使用而產生的測量誤差。

2.4 測試區域選擇對檢測結果的影響

OFDA纖維直徑分析儀有3個選定的測試區域，分別為：0～40μm、0～80μm、0～150μm。

劉娜等[1]分析OFDA纖維直徑分析儀在不同測試區域測試纖維直徑的差異，得出不同直徑的羊毛纖維在選擇合適的測試區域進行測試會減少測試誤差。指出直徑小于20μm的纖維，選擇測試區域為0～40μm；直徑在20μm～27μm的纖維，選擇測試區域為0～80μm；直徑大于27μm的纖維，選擇測試區域為0～150μm。在實際測試中可以根據工作需要將測試區域做適當修改，如設定測試區域為0～25μm。

3 結語

在使用OFDA纖維直徑分析儀實際測試過程中，為使測量結果更接近被測量的真值，提高測量的準確性，除了注意上述因素對檢測結果的影響，還應注意以下幾點：

（1）按標準要求，當更換IH標準毛條時，更換或維修設備硬件時，調整設備或設備由于搬運而產生位移時，需進行設備校準。

（2）測試樣品時，操作臺應具備充足的光照，光照越好，越有利于直徑數據采集，測試結果越精確。

（3）設備軟件設置中一般會選擇“W h o l e slide×1”，即整個載樣片掃描一次。也可以根據樣品制備的短纖維片段數量，選擇“Whole slide×2”或其他選項。

（4）在OFDA纖維直徑分析儀開機后實際測試前，建議首先測試一個或幾個經過標準大氣預處理后的標準毛條，根據測試值與標稱值的差值，確定設備的運行狀態是否正常。

（5）做好OFDA纖維直徑分析儀的日常維護、保養及定期進行期間核查、校準十分必要，可以有效提高設備的穩定性，從而保證測試結果的準確性。