紫外可見分光光度計在生態紡織產品檢測中的應用

陳 璐，駱迎華，林圣光

（上海市質量監督檢驗技術研究院，上海200040）

0 引言

隨著環境保護工作的不斷推進，生態環保理念逐漸深入人心，人們意識到環境的承載能力被大大削弱，大量資源的消耗對環境產生了巨大的破壞，如果不加以改善，未來環境的發展趨勢將無法想象，急需將可持續發展的概念融入到各行各業中。因此，越來越多的消費者順應“綠色、環保”的消費潮流，傾向于購買對人體和環境無毒無害的消費品。在日常消費需求較大的紡織品領域也融入了這種生態環保的消費理念，人們開始使用生態紡織產品。這些產品主要包括直接或間接與皮膚接觸、或與口腔接觸的服裝、服飾、毛巾、床上用品、鞋襪、帽子、手套等各種紡織產品[1]。生態紡織產品的出現促進了紡織市場的進步，推動著檢驗檢測機構對生態紡織品檢測分析技術的研究和開發。

此外，許多國家、國際性組織、行業協會也推出了一些法律法規和標準來支持和引導生態紡織產品的發展。生態紡織產品的生產、供應和經銷企業面對這些法律法規和標準的要求，需要對其產品進行環保測試以便控制產品的品質。在經濟全球化的大背景下，紡織產品在進口或出口前都需要進行環保檢測，一方面避免出現貿易爭端，另一方面可以維護自身利益。

由此可見，生態紡織產品檢測在保護生態環境、人類健康和生態紡織品的生產、供應和經銷企業以及消費者利益等方面都起著保護屏障的作用，在促進社會可持續發展方面起著不可或缺的作用。

1 生態紡織產品

1.1 生態紡織產品檢測的現狀

人們消費觀念的改變和對紡織產品質量追求的提高，促進了很多法律法規以及國際、國家、地方、行業標準的制定及應用。為了使紡織產品品質得到保證和提升，相應的檢測分析技術也隨之涌現，并不斷強化。

在生態紡織產品所用檢測儀器方面，人們研究出了精密而準確的檢測分析儀器，并已經投入使用。目前，大部分精密儀器都引入了計算機操作，減小了系統誤差，使得檢測結果更加精準，而且在數據統計方面效率大大很高。在大數據的背景下，國內外檢測技術人員對生態紡織產品的檢測技術和方法的了解及掌握比較透徹。

目前，國內外關于生態紡織產品的法律法規和標準頗多，他們對產品的原料和產品都提出了明確的要求，從而達到嚴格把控產品品質的目的。國際上，生態紡織品協會（Oeko-Tex）對生態紡織產品本身提出了生態標簽；歐盟從紡織產品原料、生產以及產品本身提出了生態標簽；我國對生態紡織產品也有對應的技術和檢測要求。

1.2 生態紡織產品檢測的內容

對于生態紡織產品的原料、生產過程的產品及最終產品本身，目前主要的檢測項目包括甲醛、致癌/致敏染料、偶氮、pH值、含氯有機載體、可萃取重金屬、揮發性有機化合物、鎳釋放、阻燃劑、六價鉻、鄰苯二甲酸酯、農藥殘留、烷基酚、五氯苯酚和四氯苯酚、多環芳烴、有機錫、全氟辛烷磺酸/全氟辛酸、多氯聯苯/多氯三聯苯/多氯化萘、臭氧破壞物質等。鑒于生態紡織產品的產品特性，其產品的檢測項目涉及范圍較大，因而需要使用的檢測儀器也較多，主要有紫外可見分光光度計（UV-vis）、氣相色譜（GC）、氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）、pH 計、原子吸收光譜儀（ICE）、液相色譜儀（LC）、液相色譜-質譜聯用儀（LC-MS）等[2]。利用紫外可見分光光度計儀器進行檢測，不但操作簡單，而且試驗結果的精密度和重復性都比較好，因而被廣泛應用于生態紡織產品的檢測分析中。

2 紫外可見分光光度計

1940年美國Beackman公司研制成功了第一臺紫外分光光度計，并于1945 年成功推廣和規模化生產。隨著科學技術的發展進步，紫外分光光度計儀器得到深入的開發和研究。目前，作為最為實用的分析工具之一，其使用最多，覆蓋面最廣，幾乎每個分析實驗室都會應用到，被廣泛應用于生命、環境、材料、農業、食品等科學領域。利用紫外分光光度計儀器，可以對物質進行定性分析、定量分析、結構分析以及純度分析，是環境檢測、食品檢測、產品質量檢測、生態紡織產品檢測等檢測領域必備的儀器，但在生態紡織品的檢測中，它主要用于甲醛及重金屬的定性和定量分析。

紫外可見分光光度計儀器根據其結構一般可分為單光束、雙光束、準雙光束以及雙波長四類，其中雙光束紫外可見分光光度計使用較多[3]。而雙光束紫外可見分光光度計又可分為兩種類型，即：兩束單色光+兩只比色皿+兩只光電轉換器；兩束單色光+兩只比色皿+一只光電轉換器。后者在國內外的高檔雙光束紫外可見分光光度計儀器中應用較為普遍。

紫外可見分光光度計儀器主要由電光源系統、外光路系統、分光系統、光度室系統、光電轉換系統、放大器系統和數據處理、打印輸出等7 個系統組成[4]。

2.1 紫外可見分光光度計的原理

物質原子或分子中的電子吸收一定能量（一定波長）的輻射發生電子能級躍遷，形成物質吸收光譜。由于不同物質分子對紫外可見光譜區（波段范圍150～800 nm，具體劃分詳見表1）輻射吸收強度不同，因而利用這一特性可以使用紫外分光光度法對物質進行定性、定量以及結構的分析。

表1 紫外可見光譜區類型

光吸收定律，也就是朗伯-比耳定律（Lambert-Beer），現在人們一般稱它為比耳定律。在入射光波長、強度以及溶液溫度等保持不變的情況下，當一束平行單色光通過均勻、非散射的某一有色溶液時，該溶液的吸光度A與質量濃度C（mol/L）和光通過溶液的光程b（cm）乘積成正比，摩爾吸光因數為K（L·mol-1·cm-1），可以用公式表示為A=KbC。

2.2 紫外可見分光光度計的特點

2.2.1 適用濃度范圍廣，準確度高

使用紫外可見分光光度計儀器進行分析，其檢測的質量濃度范圍很廣。在痕量分析時，質量濃度范圍為10-8%～10-6%；在常量分析過程中，質量濃度范圍可在1%～50%。應用紫外可見分光光度計儀器分析時的相對誤差為1%～3%，甚至可減少到千分位。

2.2.2 應用廣泛

紫外可見分光光度計儀器廣泛應用在生命、環境、材料、農業、食品等科學領域。大部分化學元素以及特殊的化學鍵在紫外可見分光光度區有不同程度的吸收，因而利用分光光度計的原理可以制定合適的顯色條件對大部分物質進行分析。在紡織行業，由于條例法規對物質的限量以及新的染料和染料助劑的合成要求，紫外分光光度法被廣泛應用于生態紡織品檢測領域。

2.2.3 操作簡便

使用紫外可見分光光度計儀器一般可以歸納為3 個步驟：一是配制需要的溶液；二是將空白溶液放入吸收池進行測試，對儀器進行調零；三是將待測液放入吸收池進行測定，且操作簡便、快速。

2.2.4 分析成本低

相對于其他分析儀器，紫外可見分光光度計儀器價格不是很貴，在使用過程中，除了氘燈和鎢燈耗損較大外，其余零部件的損耗卻很少。國產氘燈壽命為500～800 h，單價約為200 元/只，而進口氘燈壽命為1 000～2 000 h，1 800～3 800 元/只。另外，鎢燈正常的使用壽命一般超過10 000 h。由此可見，紫外可見分光光度計儀器的使用成本較低，因而分析檢測的成本也不高。鑒于生產紡織品的企業大多為中小企業，且利潤率不高，因而應用紫外可見分光光度計儀器對生態紡織產品進行檢測可以降低企業用于分析檢測的成本。

2.3 紫外可見分光光度計在生態紡織產品檢測中的應用

當分子中存在生色基團（發色基團）或者助色基團時，輻射會引起分子中電子能量的改變。常見的生色基團有碳碳雙鍵、碳氧雙鍵、碳氮三鍵、氮氮雙鍵、氮氧雙鍵、碳硫雙鍵等，助色集團有羥基、氨基、氰基、鹵族元素等。這些基團的存在或者通過反應生成發色基團，可以采用分光光度法對生態紡織產品中的甲醛、重金屬等項目進行分析檢測，詳見表2。

表2 生態紡織產品中用紫外分光光度計檢測項目

2.3.1 定性分析

紫外可見光檢測某一物質時，物質中的分子或原子吸收某一特定波長的光能，分子振動能級和電子能級發生相應的躍遷。由于每種物質原子、分子及分子空間結構不同，對光能的吸收情況也不同，所以每種物質的光譜曲線都有特殊性，可以根據波形圖以及光譜曲線中特征波長處的最大吸收峰值來判斷某種物質的存在。生態紡織產品原材料中可能會含有一些殘留的重金屬等有害物質及后整理加工過程中添加的一些助劑，因而可以利用紫外分光光度法進行分析檢測，或輔助其他檢測手段進行分析。

2.3.2 定量分析

紡織產品在生產加工過程中，甲醛常作為防皺整理助劑用于抗皺免燙整理、提高色牢度、涂料印花的交聯劑等，因而最終生產出的產品中可能會有甲醛殘留。甲醛是一種對人體健康有危害的物質，會對人體皮膚和呼吸道產生刺激，引發過敏、誘發癌癥等。由于甲醛在酸性條件下可與乙酰丙酮及銨離子反應，生成黃色的顯色化合物，在波長為412 nm 處會根據其黃色物質質量濃度的不同而對光表現出不同的吸收強度，因而可以用紫外分光光度法對生態紡織產品中的甲醛進行檢測。用分光光度計法檢測生態紡織產品中的甲醛，試驗步驟簡潔明了，且操作簡便，檢測精確度高，結果重復性好，是檢測機構常用于甲醛檢測的分析方法，也是企業對產品中是否含有甲醛的一種常用的自檢方法。

3 結論及展望

紫外可見分光光度計在生態紡織產品檢測中的應用目的很明確，且具有操作簡便、檢測成本較低等優點，可以滿足很多中小企業對紡織產品的原料或生產過程中的半成品、成品中游離和水解甲醛、重金屬等項目檢測的需求。隨著科技的進步，紫外可見分光光度計的應用范圍越來越廣，甚至可以與其他分析儀器相互聯用，擴大應用范圍。