细羊毛与羊绒纤维的鉴别倪广菊,张 毅(天津工业大学,天津 300011) 摘要:从分析细羊毛与羊绒纤维的组织结构、形态特点以及物理、化学特性出发,总结了传统光学显微镜法、扫描电镜法、溶液法等鉴别细羊毛与羊绒纤维的原理及方法。
提出了对计算机自动识别法、生物芯片法的展望。
关键词:细羊毛;羊绒纤维;纤维鉴别中图分类号:10213 文献标识码:A 文章编号:10092265X (2004)0420040203收稿日期:2003-12-02作者简介:倪广菊(1979- ),女,辽宁人,硕士研究生,从事纺织材料(羊毛与羊绒)的结构性能与测试。
羊绒是取自山羊(又名开司米山羊)身上的一层细绒毛。
纤维细长均匀,手感柔软丰润,集轻、柔、滑、暖、富有弹性、光泽好于一身,被誉为“纤维之王”。
但由于羊绒产量稀少(全世界羊绒产量仅为羊毛产量的1%、动物纤维总产量的012%),其价格也十几倍于羊毛。
为降低成本及满足市场需要,且使纤维兼具各自优点,性能互补,企业常常生产不同比例的山羊绒与细羊毛混纺产品。
由于细羊毛与羊绒在结构、外观形态、理化性能上较为接近,又由于山羊绒优良的品质及极高的价格,准确鉴别这两种纤维就显得异常重要。
1 细羊毛与羊绒纤维的异同性细羊毛与羊绒同属蛋白质纤维,基本组成为角蛋白质,都是由许多细胞聚积而成的,其截面分布划分为2或3个层次,即外表面的鳞片层、内部的皮质层和中心的髓质层。
细的毛绒一般只有鳞片层和皮质层,没有髓质层。
粗的毛绒纤维一般3层兼具。
由于它们的组成和组织结构相近,故在许多特性方面如吸湿、光泽、密度、保暖性等有共同特性[1]。
难怪至今仍有人以为羊绒就是细羊毛,其实不是。
细羊毛产自绵羊,而羊绒出自绒山羊。
到春季,山羊脱毛之时,牧民用铁梳子抓取下来成为原绒。
原绒再经过洗净、分类、分梳,才能得到纯净的羊绒原料。
羊绒纤维长度短、强力低,纤维表面覆盖的鳞片薄而稀,彼此紧贴。
因纤维卷曲数比羊毛少,摩擦系数比羊毛小,所以纤维较平滑,纤维间抱合力差,但手感滑糯。
羊绒纤维卷曲少,但卷曲深度大,一般羊绒伸直度达300%以上,而64支美利奴羊毛仅为160%,因此羊绒纤维保暖性优于羊毛。
在同样温湿度条件下,羊绒比羊毛容易吸湿。
水中数秒钟内,羊绒纤维即可浸湿,而羊毛却要几分钟。
为直观起见,将细羊毛与羊绒纤维的不同点比较列如表1[1]。
表1 细支绵羊毛与羊绒纤维的形态参数指标羊 绒细支绵羊毛(70s )细度范围/μm 5～2510～80长度范围/mm 15～10025～160平均细度/μm 14～171811～2010平均长度/mm 32～4055～100卷曲数/个・cm-14～56～8鳞片密度/个・mm-160～8080～110纵向表面鳞片形状成环状包覆整个毛干,鳞片表面平而光滑,边缘清晰,鳞片较薄大多数成环状,鳞片表面粗糙而不光滑,边缘线粗而不太清晰,鳞片较厚2 细羊毛与羊绒的主要鉴别方法由于细羊毛与羊绒组织结构、外观形态、理化性能相似,因此对细羊毛与羊绒的识别一直是纺织检测的一个难题。
近年来,国内外商业界、学术界的很多科研人员对此项研究投入了大量的精力。
1983年,Maasdorp 等人分析了纺织纤维表面特性之间的关系;1984年,Marshall R 1C.等人提出,可以采用电泳现象鉴别特种动物纤维;1987年,澳大利亚T ester D 1H.采用透射电镜分析了羊绒与超细美利奴羊毛纤维的皮质细胞结构;1990年,Sagar A 1J 1G 等人采用化学方法分析了各种角蛋白・04・测试与分析现代纺织技术・第12卷(2004)第4期质纤维的特性等[3]。
目前主要是利用各种动物纤维生物遗传特性在其形态结构上(主要是鳞片结构、形态)的不同反映及纤维细度为根据对细羊毛与羊绒进行鉴别,其方法主要有光学显微镜法、扫描电镜法和溶液法等。
显微镜法仍然保持着最重要、最广泛的地位。
211 物理学方法利用显微镜技术分析未知纤维的纵面和横截面形态,从而鉴别纤维类别。
主要有光学显微镜法(简称LM法)和扫描电镜法(简称SE M法)。
使用最早的是光学显微镜法,其操作简单,成本低廉,主要是根据细羊毛与羊绒的细度及鳞片结构特征等在光学显微镜下分辨出各类纤维,目前仍被羊绒制品企业广泛采用。
但普通光学显微镜无法区分鳞片的细微结构,不能测量鳞片的边缘厚度、边缘高度,特别是对纤维表面进行了化学处理后的鉴别比较困难,因此很难精确分辨,误差较大。
而扫描电镜法获得的图像分辨率高、景深大、立体感强,放大倍数从几千到几十万倍,能够清晰准确地观察和再现纤维的宏观及微观结构。
1983年,K udchP等人采用扫描电镜对大量的绵羊毛纤维试样及特种动物纤维试样进行了分析、测试,结果表明羊毛纤维表面鳞片的边缘高度值在017～1um之间,羊绒纤维在0133～0141um之间。
此后在1986年,W ortmann F1J1等人建议采用扫描电镜方法,以纤维表面鳞片的边缘高度值标准鉴别这两种纤维。
其界定限确定为羊毛表面鳞片的边缘高度值大于016um,羊绒表面鳞片的边缘高度值小于015um。
1994年我国规定采用此种方法。
LM法、SE M法均适用于鉴别浅色的纤维,而深色纤维则需要首先进行褪色处理[3]。
在目前实际工作条件下,显微镜法仍是一种普通、实用、简便、可靠的检验技术。
但需要指出的是采用显微镜法的前提必须是熟悉和掌握不同类型细羊毛和羊绒的形态特点从鳞片形态、密度、纤维细度等方面进行观察,并配合感官鉴定进行综合评定,提高检验准确性的概率。
其它检验方法可作为辅助方法或发展方向。
212 化学方法主要有溶液法、染色法和着色剂法等。
溶液法是根据同一鉴别溶液中,纤维卷曲伸展状态的不同来鉴别细羊毛和羊绒纤维。
羊毛的皮质层主要组成成分是正皮质和偏皮质细胞,而羊绒的皮质层主要组成成分是正皮质和间皮质细胞。
另一方面,羊绒的鳞片层较细羊毛薄,溶液容易渗透到纤维皮质层,加之纤维细度较细,溶液能够渗透整根纤维。
故经同一鉴别液处理后,两种纤维的卷曲变化发生不同:羊绒卷曲伸展,沿整根纤维方向曲率变得很小且均匀;而细羊毛几乎仍保持着原卷曲形态,且曲率不均匀。
借助光学显微镜可观察到此伸展差异。
实验发现,试样剪切长度为3mm、在十二烷基硫酸钠011%水溶液中处理1h,两种纤维的伸展差异最明显[3]。
染色法则利用了羊毛和羊绒纤维染色性能的差异。
羊毛和羊绒都具有较好的染色性能,但由于羊绒比表面积大,鳞片较薄,且排列较稀,染料分子易向内部扩散,故羊绒纤维比羊毛纤维的上染率高。
且羊绒纤维的等电点要高于羊毛纤维,导致上染率差异:在染色开始阶段,羊绒吸附染料量远大于羊毛,上染率差异最大。
根据其染色性能的差异,选用相同的染料和处方,根据得色及上染率的不同来鉴别细羊毛和羊绒[1]。
213 计算机图像识别法1989年,苏格兰Scottish纺织学院的R obs on等人首先提出采用计算机图像分析技术,分析细羊毛与羊绒纤维的表面鳞片特征[3]。
近年来,国内也有学者探讨研究此方法。
计算机和显微镜配套组合,通过计算机将显微镜下观测到的图像进行存储,然后通过相关的图像程序对纤维的形态结构(主要是鳞片)进行特征化,并进一步将其数字化,最后通过计算机内部一系列的计算、分类、排除等程序实现图像的自动识别。
在显微镜特别是在扫描电镜下纤维的鳞片细节特征被清晰地展现,再利用自动或半自动的图像分析软件,从而快速地对羊毛和羊绒纤维进行分析识别。
这样既可以提高工作效率,节省人力,也可以从传统的人为经验中摆脱出来,克服了鉴别工作中主观因素影响的弊端,减少误判率。
随着计算机技术的发展及研究的进一步深入,利用其快速高效等特点建立计算机自动图像识别系统。
此法有可能成为更加客观、准确、快速的鉴别方法,将会解决传统鉴别方法受主观因素影响较大的问题。
其投入实践应用更会成为纺织测试领域迈向现代化的一次质的飞跃。
214 生物芯片法众所周知,不同有机物对不同的物质具有敏感性,若能记录下这些有机物产生的反应,并转化成・14・测试与分析现代纺织技术・第12卷(2004)第4期一定的信息,就可以达到探测目的。
生物芯片法就是根据这一原理设计的。
这种生物芯片采用微凝胶技术,在一块大小如显微镜载玻片的玻璃表面上设计了多达一万个作用如同微型测试管的微机构。
在测试时每个微凝胶结构中的化学物质与被测生物对象发生反应,便可以测出DNA (遗传物质脱氧核糖核酸)的序列、基因变异、蛋白质相互作用和免疫反应等。
目前国外在生物芯片技术的开发应用方面已取得了新进展。
在医疗、农业生产领域生物芯片也都有广泛的研究与应用,如利用生物芯片可以在几分钟内鉴别出最终会引发癌症、各种硬化症和阿尔茨海默氏症的变异基因,对医疗诊断产生较大影响。
美国A ffymetrix 公司和国立阿贡实验室最近已开发出新一代的生物芯片。
羊毛和羊绒纤维在DNA 链段上有着不同的结构特征,因此可以利用DNA 特性来开发设计DNA 探头和DNA 芯片。
1992年,Hanlym P 1E 1等人首次制作了具有绵羊特性的DNA 探头,可区别出从羊毛、羊绒分离出的DNA 。
但目前尚未实现广泛应用。
研制与开发DNA 芯片用以鉴别羊毛与羊绒纤维将具有十分广阔的前景[4]。
3 结束语a )显微镜法仍然是目前普遍采用的方法之一。
但细羊毛和羊绒的各项性质如直径、表面鳞片高度、鳞片厚度等本身存在一定的交叉,单独以某项性质作为判别指标难免会产生较大的误判率。
因此,寻找一套适合的判别指标,建立完善的评价系统,较大程度地降低误判率,仍是有关研究工作者的努力方向。
b )目前,最好是将扫描电子显微镜与计算机结合,研发一个自动或半自动的图像分析软件,利用计算机图像分析技术来完成对两类纤维的识别。
c )我国是世界上最大的山羊绒生产国。
山羊绒产量占世界总产量的60%,质量也优于其他国家,是重要的出口创汇产品。
在全球经济一体化的今天,充分利用资源,提高产品质量与档次,努力与国际标准接轨是我们的努力方向。
但近些年仍有不法分子将细羊毛或脱鳞(改性)羊毛混为山羊绒以牟取暴利,不但破坏了宝贵的羊绒资源,而且影响了我国的声誉。
因此,深入研究与开发快速准确先进的羊毛与羊绒纤维鉴别方法,仍是现在乃至今后一段时间的科研课题。
参考文献:[1]马永才,刘红生,等.羊绒、羊毛(改性羊毛)的定性鉴别与定量分析[J ].毛纺科技,2001,(6):42245.[2]杨建忠,王荣武.羊绒与羊毛表面形态的图像处理与识别[J ].毛纺科技,2002,(5):12215.[3]侯永良,王善元,孙 锋.山羊绒与细羊毛纤维的鉴别[J ].上海纺织科技,1999,(6):58260.[4]林志武.用生物芯片法快速鉴别羊绒羊毛纤维的展望[J ].毛纺科技,2000,(4):28229.[5]任冀澧,王柏华,王深喜.毛绒类纤维鳞片结构特征鉴别[J ].毛纺科技,2002,(3):25228.(责任编辑:李 庆)・简报快讯・培育粗纤蚕种,开发新型防皱真丝织物浙江大学与浙江工程学院、浙江花神丝绸(集团)公司合作,开发了新型防皱真丝织物。