利用ATR-IR光譜快速鑑定與定量紡織纖維

材料與方法

紡織品樣品使用Nicolet Summit X FTIR光譜儀進行分析，儀器配備鑽石ATR晶體附件，光譜解析度設定為 4 cm⁻¹，涵蓋中紅外光譜範圍 4000–500 cm⁻¹。每張光譜皆為20次掃描的平均結果，以確保最佳的訊噪比，同時將每次測量的採集時間維持在約30秒。

本研究分析了多種不同類型的紡織品樣品，包括以下幾類：

• 純纖維樣品：棉、羊毛、蠶絲、聚酯纖維、尼龍、亞麻、嫘縈，以及棉。
• 已知組成比例的二元混紡樣品，如棉／聚酯纖維50/50、70/30的混紡比例。
• 已知組成比例的三元及四元混紡樣品。

分析流程是在每次測量樣品前重新採集背景光譜，接著將紡織品樣品仔細放置於鑽石 ATR 晶體上，並透過整合式加壓塔施加均勻壓力，以確保樣品與晶體之間具有良好的接觸。在織物中，纖維通常是以不同材質的紗線形式排列，而不是將不同纖維混合於同一根纖維中。

由於鑽石 ATR 晶體的取樣區域很小，直徑約 2 mm，因此必須確保測量結果具有代表性。實際測量時，只要在樣品表面選取多個不同位置進行分析，織物本身的不均勻性通常不會對分析準確度造成顯著影響。透過在不同纖維間進行統計性取樣，可以確保結果具有一致性與代表性。

光譜數據使用 OMNIC Paradigm 軟體中的 Multi-Component Search 功能進行處理。該功能採用先進的搜尋演算法，將樣品光譜與純纖維光譜資料庫進行比對。整體分析流程結合光譜資料庫建立與自動化分析，具體如下：

1. 資料庫建立：首先收集純組成成分的光譜，並將其儲存於參考光譜資料庫中。

2. 自動分析與定量估算：紡織混紡樣品中各組成成分的含量估算，是透過 OMNIC Paradigm 軟體中的 Multi-Component Search 功能完成。此演算法會自動計算參考光譜的最佳線性組合，並依據各成分的比例加權，使其組合結果能最大程度地重現實際測得的樣品光譜。使用者不需要事先設定混合物的組成比例，只需要指定預期包含的成分數量即可。

3. 驗證：使用已知組成的二元、三元及四元混紡樣品驗證分析結果，其中二元混紡樣品的典型預測誤差低於 1%。

雖然 Multi-Component Search 功能會提供數值形式的組成比例結果，但這些結果應解讀為半定量估算，而非透過化學計量學校正模型所得到的絕對定量結果。該演算法是利用純組成成分的光譜進行線性組合擬合，僅依據 100% 純成分參考光譜來估算混紡樣品的組成比例。不同於完整的化學計量學方法，例如偏最小平方法（Partial Least Squares, PLS）迴歸，此方法並未透過多個濃度梯度進行實驗校正。因此，儘管其組成比例估算結果與已知值具有非常良好的一致性，仍應將其視為準確的光譜比例估算，而非正式的定量分析結果。