CN118010660A - 区分棉花品质的化学比色法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种区分棉花品质的化学比色法，将经过烘干或恒温恒湿室调湿过的不同马克隆值的棉花浸润在由卤素类pH响应的染料和溶剂配制的棉花浸润液中，超声处理后，在预定温度静置，挤出原棉上的棉花浸润液，用紫外分光光度仪测试挤出的棉花浸润液的吸光度，得到不同马克隆值的原棉浸润染液后的吸光度值。通过卤素染料这种酸碱指示剂在不同的pH下显示不同的颜色对应紫外图谱上不同的特征峰值，来综合区分不同马克隆值的原棉的物理性能(比如长度、细度、成熟度)、表面化学性能、含杂等。
Description
技术领域
本发明涉及纺织技术领域，尤其涉及一种区分棉花品质的化学比色法。
背景技术
棉花是关系国计民生的战略物资，也是仅次于粮食的第二大农作物。棉花是纺织工业的主要原料，也是广大人民的生活必需品。棉纱、棉布和服装还是出口创汇的重要商品，俗称为“白色黄金”。因此，棉花的生产、流通、加工和消费，与人民的生活和广大棉农的利益息息相关，对国民经济的发展有着重要影响。棉花的质量在一定程度上决定着纱线和织物的质量，比如棉花的品质不仅关系到供需双方的经济效益，更是关系到纺纱工艺和产品质量。因此，棉花的品质评定对指导原棉的初加工、提高原棉的使用性能和确定纺纱工艺以及提高产品质量有着极其重要的意义。
目前，国内外针对棉花的品质评定发展了各种测试棉纤维长度、细度、强度、成熟度、杂质含量和颜色等级的方法和仪器(如Nickerson2 Hunter测色仪、长度照影仪、马克隆仪、斯特洛仪、卜氏仪)。其中，目前广泛使用的是乌斯特公司的HVI大容量棉花品质测试仪。HVI大容量棉花品质测试仪是用梳子随机夹取一定数量的棉纤维，通过光线照射由光学系统测量出纤维长度与纤维量的分布，并经光电转换后将纤维长度与纤维量的分布绘制出精确的照影曲线，根据赫脱尔(Hertel)的纤维长度照影仪的理论，图解出长度。综合得到长度、成熟度、整齐度、马克隆值、断裂比强度、断裂伸长、短纤度、反射率、黄度、杂质粒数、杂质面积等物理指标。其中，以马克隆值为基础对原棉品质进行分级的方式被广泛用于商业和棉花检测部门，即马克隆值为3.7-4.2对应于A级棉(优等棉)，3.5-3.6和4.3-4.9为B级棉(标准棉)，小于3.5或大于5.0的为C级棉。HVI测试原棉品质的方法有着系列优点，如测试指标多，自动化程度高，测试样量大，代表性好，速度快的优点。但是也存在一些不足，如对检测环境和样品的状态要求也高，检测成本高，对于进口仪器用于国内棉花检测时需要多次调试和校准，数据存在一定的波动性，短绒率测试结果偏小等。
越来越多的研究表明，仅以马克隆值为依据划分原棉品质的等级存在片面或不匹配的情况，比如：(1)棉花品种不同，纤维的形态结构、纤维的表面物质含量或分布也会影响到马克隆值。即使是同一马克隆值的棉花的纺纱性能也有很大差异；(2)新品种特征的原棉出现，使得现有的马克隆值测试标准测得的成熟度和细度关系也随之发生改变；(3)将手采摘棉与机采棉用同一标准测的马克隆值来衡量并不能完全反映棉花品质的好坏；此外，棉纤维的微观结构和物质组分与其物理性能存在极大的关联，也决定了棉纤维的可纺性、后续染色、整理和使用价值。比如棉花的纤维素含量与成熟度相关，影响纤维的强力；棉纤维表面的脂肪、蜡质和果胶的含量会随着成熟度而变化，影响纺纱过程和纤维的吸湿、着色能力；棉纤维中的糖份含量不同会在纺纱过程中引起不同程度的绕罗拉、绕皮辊和绕皮圈等现象，影响纺纱过程；棉纤维中的蛋白质与棉花的黄度相关，从而影响原棉的市场价值；棉短绒中的灰分会影响军工和化工产品的生产等。更重要的是，目前以马克隆值为依据划分的原棉品质等级并不能反映不同马克隆值的原棉的化学性能的差异，也不能为原棉的后续染、整加工提供指导依据。
有鉴于此，有必要研究一种操作简便、快速，能够细化和综合反映不同马克隆值的棉花的物理性能与化学组成总体差异的方法，以解决上述问题。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种区分棉花品质的化学比色法，通过卤素染料这种酸碱指示剂在不同的pH下显示不同的颜色对应紫外图谱上不同的特征峰值，来综合区分不同马克隆值的原棉的物理性能、表面化学性能、含杂等。
为实现上述目的，本发明提供了一种区分棉花品质的化学比色法，包括以下步骤：
步骤1、将不同马克隆值的原棉进行预处理，备用；
步骤2、常温下将卤素类pH响应的染料加入溶剂中，超声溶解成均匀的棉花浸润液；
步骤3、称取步骤1中进行预处理后的原棉，分别浸润在预定浴比的棉花浸润液中，超声处理后，在预定温度静置，挤出原棉上的棉花浸润液，用紫外分光光度仪测试挤出的棉花浸润液的吸光度，得到不同马克隆值的原棉浸润染液后的吸光度值。
作为本发明的进一步改进，在步骤1中，所述预处理的方式为在60±1℃的烘箱烘干30～60分钟。
进一步的，所述预处理的方式还可以是在温度24±1℃、相对湿度65±2％的恒温恒湿室调湿至含水率稳定。
作为本发明的进一步改进，在步骤2中，所述卤素类pH响应的染料为溴甲酚绿、溴甲酚紫、甲基红-溴甲酚绿中的一种。
进一步的，所述溶剂为乙醇、乙醇和水的混合溶液或乙醇/四氯化碳/水的混合溶液中的一种。
进一步的，乙醇和水的混合溶液的配比为(100：0)～(50：50)，乙醇/四氯化碳/水的混合溶液中四氯化碳的比例为10～80％。
作为本发明的进一步改进，在步骤3中，原棉的质量为0.2～1.0克，原棉与棉花浸润液的浴比为1：(30～50)。
进一步的，超声的时间为0～10分钟；预定温度为25～90℃，静置时间为10～20分钟；原棉的带液率为190％～195％。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的区分棉花品质的化学比色法，将预处理后的不同马克隆值的原棉浸润在由卤素类pH响应的染料和溶剂配制的棉花浸润液中，超声处理后，在预定温度静置，挤出原棉上的棉花浸润液，用紫外分光光度仪测试挤出的棉花浸润液的吸光度，得到不同马克隆值的原棉浸润染液后的吸光度值。通过卤素染料这种酸碱指示剂在不同的pH下显示不同的颜色对应紫外图谱上不同的特征峰值，来综合区分不同马克隆值的原棉的物理性能(比如长度、细度、成熟度)、表面化学性能、含杂等。
(2)本发明巧妙地应用原棉中各组分如棉纤维素含量、杂质、颜色的不同和棉纤维自身化学组分的含量差异，以乙醇、乙醇和水的混合溶液或乙醇/四氯化碳/水的混合溶液为溶剂能够快速浸润原棉，以及卤素染料能在有机溶剂或有机溶剂混合体系下具有灵敏的pH响应性能的特点，通过指示剂显示不同颜色和指示剂溶液的不同特征峰值将不同马克隆值的原棉物理和化学的综合品质差异放大至宏观可见、可测。
(3)相比于现有的HVI棉花等级测试法，本发明的方法所检测的原棉用量小，具有操作简单、耗时短、检测成本低的特点，能够综合反映原棉纤维上各组分含量差异和纤维表面性能(与纤维细度相关)的差异，综合反映该等级的原棉纤维细度、含杂和成熟度的影响，以分析原棉化学性质差异的角度为原棉后续的染色和功能整理工艺的制定提供参考。
附图说明
图1为实施例1中不同马克隆值的原棉浸润BCG溶液后的挤出液的紫外-可见吸收光谱曲线图。
图2为实施例1中不同马克隆值的原棉浸润BCG溶液后的挤出液的图片。
图3为实施例2中不同马克隆值的原棉浸润MR-BCG溶液后的挤出液的紫外-可见吸收光谱曲线图。
图4为实施例2中不同马克隆值的原棉浸润MR-BCG溶液后的挤出液的图片。
图5为实施例3中不同马克隆值的原棉浸润BCP溶液后的挤出液的紫外-可见吸收光谱曲线图。
图6为实施例3中不同马克隆值的原棉浸润BCP溶液后的挤出液的图片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本发明提供了一种区分棉花品质的化学比色法，包括以下步骤：
步骤1、将不同马克隆值的原棉进行预处理，备用。
具体的，将不同马克隆值的原棉在60±1℃的烘箱烘干30～60分钟，或者在温度24±1℃、相对湿度65±2％的恒温恒湿室调湿至含水率稳定，消除常温保存条件下引起的含水率的差异，保证同一批原棉的处理方式一致。
步骤2、常温下将卤素类pH响应的染料加入溶剂中，超声溶解成均匀的棉花浸润液。
具体的，所述卤素类pH响应的染料优选为溴甲酚绿、溴甲酚紫、甲基红-溴甲酚绿中的一种。
所述溶剂优选为乙醇、乙醇和水的混合溶液或乙醇/四氯化碳/水的混合溶液中的一种。
乙醇和水的混合溶液的配比优选为(100：0)～(50：50)。
更优选的，乙醇和水的混合溶液的配比为9:1。
乙醇/四氯化碳/水的混合溶液中四氯化碳的比例优选为10～80％。
更优选的，乙醇/四氯化碳/水的混合溶液中四氯化碳的比例为40～50％。
步骤3、称取步骤1中进行预处理后的原棉，分别浸润在预定浴比的棉花浸润液中，超声处理后，在预定温度静置，挤出原棉上的棉花浸润液，用紫外分光光度仪测试挤出的棉花浸润液的吸光度，得到不同马克隆值的原棉浸润染液后的吸光度值。
具体的，称取不同马克隆值的原棉(可以是不同产地、也可以是同一产地原棉)，按照浴比1：(30～50)分别浸润在棉花浸润液中，超声0～10分钟后静置10～20分钟，挤出原棉上的浸润液，原棉的带液率为190％～195％，浸润液呈现由黄色到蓝色的不同颜色，用紫外分光光度仪测试浸润原棉后挤出的浸润液的吸光度，得到不同马克隆值的原棉浸润染液后的吸光度值，平行实验至少5次后取平均值。
称取的原棉的质量优选为0.2～1.0克。
静置的温度优选为25～90℃。
更优选的，静置的温度为80～90℃。
下面结合具体的实施例对本发明提供的区分棉花品质的化学比色法进行说明。
实施例1
实施例1提供了一种区分棉花品质的化学比色法，包括以下步骤：
步骤1、将不同产地、不同马克隆值的原棉在60℃的烘箱烘干30分钟。
步骤2、常温下配置20mg/L的溴甲酚绿(BCG)的乙醇溶液作为棉花浸润液。
步骤3、称量0.2克步骤1中进行预处理后的原棉，按照浴比1：30浸润在配置好的溴甲酚绿的溶液中，超声5分钟，25℃静置10分钟后，取出原棉，带液率为192％。用紫外分光光度仪测试浸润原棉后挤出的浸润液的吸光度，得到不同马克隆值的原棉浸润染液后的吸光度值，平行实验5次后取平均值。
图1为不同马克隆值的原棉浸润BCG溶液后的挤出液的紫外-可见吸收光谱曲线图，图2为相应的挤出液的图片。从图中可以看出，对于不同马克隆值的原棉，室温下浸润BCG的乙醇溶液后，特征峰622nm处的紫外吸光度值明显不同。这就表明，不同马克隆值的原棉性能的差异可以通过浸润BCG溶液后的染液紫外特征峰的峰值显现出来。即使是同属于B2级(标准棉)的原棉，同一马克隆值，不同产地的原棉在622nm处的紫外特征吸收峰值也有明显差异，比如马克隆值为4.55(USA4.55，特征峰值为0.87)和4.57(USA4.57，特征峰值为0.735)的美棉的特征吸收峰值就明显高于相近马克隆值的新疆棉4.61(XJ4.61)和澳棉4.66(Aus4.66)，特征峰值小于0.4。且美棉4.55和美棉4.57的BCG浸润也呈现深蓝色，而新疆棉4.61和澳棉4.66呈现黄绿色。由此可以得出，这种化学比色法可以综合反映原棉纤维上各组分含量差异和纤维表面性能(与纤维细度相关)的差异，反映该等级的原棉纤维细度、含杂和成熟度的影响。
实施例2
实施例2提供了一种区分棉花品质的化学比色法，与实施例1相比，区别仅在于，棉花浸润液为20mg/L的甲基红-溴甲酚绿(MR-BCG)的乙醇溶液，原棉的带液率为190％。其他实验参数和条件与实施例1相同，在此不再赘述。
图3为不同马克隆值的原棉浸润MR-BCG溶液后的挤出液的紫外-可见吸收光谱曲线图，图4为相应的挤出液的图片。从图中看出，对于不同马克隆值的原棉，室温下浸润MR-BCG的乙醇溶液后，特征峰622nm处的紫外吸光度值明显不同。这就表明，不同马克隆值的原棉性能的差异可以通过浸润MR-BCG溶液后染液紫外特征峰的峰值显现出来。对于同属于B2级(标准棉)的原棉，同一马克隆值，不同产地的原棉在622nm处的紫外特征吸收峰也有明显差异，比如马克隆值为4.55(USA4.55)和4.57(USA4.57)的美棉的特征吸收峰值(分别为0.464和0.455，颜色为黄绿色)就明显高于相近马克隆值的新疆棉4.61(XJ4.61)和澳棉4.66(Aus4.66)的特征峰值(分别为0.256和0.188)。新疆棉4.61的浸润液表现为黄色，而澳棉4.66的浸润液呈现黄粉色。
实施例3
实施例3提供了一种区分棉花品质的化学比色法，与实施例1相比，区别仅在于，棉花浸润液为20mg/L的溴甲酚紫(BCP)的乙醇溶液，原棉的带液率为191％。其他实验参数和条件与实施例1相同，在此不再赘述。
图5为不同马克隆值的原棉浸润BCP溶液后的挤出液的紫外-可见吸收光谱曲线图，图6为相应的挤出液的图片。从图中看出，对于不同马克隆值的原棉，室温下浸润BCP的乙醇溶液后，特征峰597nm处的紫外吸光度值明显不同。不同马克隆值的原棉通过浸润BCP溶液后的染液紫外特征峰的峰值总体上分为两等级，马克隆值为4.55(USA4.55)和4.57(USA4.57)的美棉的特征吸收峰值位于0.3～0.5之间，颜色表现为黄绿色。而其他马克隆值的原棉特征峰值小于0.1，颜色呈现出黄色。
实施例4-6及对比例1
实施例4-6及对比例1分别提供了一种区分棉花品质的化学比色法，与实施例1相比，区别仅在于，棉花浸润液为20mg/L的溴甲酚绿(BCG)的乙醇/水(9/1)的混合溶液，静置的温度分别为30℃、60℃、90℃和10℃，原棉的带液率为192％，其他实验参数和条件与实施例1相同，在此不再赘述。
测试浸润原棉后的挤出液在622nm处特征峰的紫外吸光度值，取三次测试的平均值，结果如表1所示。
表1实施例4-6及对比例1实验条件及性能测试结果
从表1可以看出，不同马克隆值的原棉浸润BCG染液后的紫外特征峰值随着温度的升高而增加。这主要是因为，增加染液的温度有利于溶剂对纤维表面物质如蜡质的溶解，从而增加BCG与纤维表面的相互作用。同时，在特定的时间内，升高温度加快了纤维中的非纤维素物质的溶出，BCG与更多的非纤维素物质充分作用，从而表现出更高的吸光度值。实验发现，原棉在90℃时浸润BCG染液后，浸润液的紫外吸光度值的稳定性更好，数据波动更小。温度超过90℃时，乙醇混合溶剂非常容易挥发，使得实验结果很不稳定，误差值大。
实施例7-8
实施例7-8分别提供了一种区分棉花品质的化学比色法，与实施例1相比，区别仅在于，棉花浸润液为20mg/L的溴甲酚紫(BCP)的乙醇/水(9/1)的混合溶液，静置的温度分别为30℃和60℃，原棉的带液率为191％，其他实验参数和条件与实施例1相同，在此不再赘述。
测试浸润原棉后的挤出液在597nm处特征峰的紫外吸光度值，取三次测试的平均值，结果如表2所示。
表2实施例7-8实验条件及性能测试结果
从表2可以看出，与表1中的数据趋势类似，增加染液的温度有利于溶剂对纤维表面物质如蜡质的溶解，从而增加BCP与纤维表面的相互作用。同时，在特定的时间内，升高温度加快了纤维中的非纤维素物质的溶出，BCP与更多的非纤维素物质充分作用，从而表现出更高的吸光度值。
实施例9
实施例9提供了一种区分棉花品质的化学比色法，与实施例1相比，区别仅在于，棉花浸润液为20mg/L的溴甲酚绿(BCG)的乙醇/四氯化碳/水(55/40/5)的混合溶液，静置的温度90℃，原棉的带液率为193％，其他实验参数和条件与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例2
对比例2提供了一种区分棉花品质的化学比色法，与实施例1相比，区别仅在于，棉花浸润液为20mg/L的溴甲酚绿(BCG)的乙醇/四氯化碳/水(5/90/5)的混合溶液，静置的温度90℃，原棉的带液率为193％，其他实验参数和条件与实施例1相同，在此不再赘述。
测试浸润原棉后的挤出液在622nm处特征峰的紫外吸光度值，取三次测试的平均值，结果如表3所示。由于四氯化碳易见光分解，以上实验在避光条件下进行。
表3实施例9及对比例2的实验条件及性能测试结果
由实验结果可知，实施例9在该三元混合溶剂体系下，浸润过BCG溶液的不同马克隆值的原棉分为三组，USA4.57的紫外特征峰值最高(0.752)，原棉浸润液显蓝色。其次是USA4.55的紫外特征峰的峰值为0.558，浸润液显深绿色。其他马克隆值的原棉均接近，远小于0.1，溶液均呈现黄色。
对比例2由于四氯化碳与水不相容，溶剂中四氯化碳过量会导致溶液浑浊，90℃时，大量的四氯化碳挥发，导致实验操作难度大，测试结果不稳定，甚至出现负值，不能很好的反映原棉的品质差异。
综上所述，本发明提供的区分棉花品质的化学比色法，通过卤素染料在不同的pH下显示不同的颜色对应紫外图谱上不同的特征峰值，来综合区分不同马克隆值的原棉的物理性能(比如长度、细度、成熟度)、表面化学性能、含杂等。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种区分棉花品质的化学比色法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将不同马克隆值的原棉进行预处理，备用；
步骤2、常温下将卤素类pH响应的染料加入溶剂中，超声溶解成均匀的棉花浸润液；
步骤3、称取步骤1中进行预处理后的原棉，分别浸润在预定浴比的棉花浸润液中，超声处理后，在预定温度静置，挤出原棉上的棉花浸润液，用紫外分光光度仪测试挤出的棉花浸润液的吸光度，得到不同马克隆值的原棉浸润染液后的吸光度值。
2.根据权利要求1所述的区分棉花品质的化学比色法，其特征在于，在步骤1中，所述预处理的方式为在60±1℃的烘箱烘干30～60分钟。
3.根据权利要求1所述的区分棉花品质的化学比色法，其特征在于，在步骤1中，所述预处理的方式为在温度24±1℃、相对湿度65±2％的恒温恒湿室调湿至含水率稳定。
4.根据权利要求1所述的区分棉花品质的化学比色法，其特征在于，在步骤2中，所述卤素类pH响应的染料为溴甲酚绿、溴甲酚紫、甲基红-溴甲酚绿中的一种。
5.根据权利要求1所述的区分棉花品质的化学比色法，其特征在于，在步骤2中，所述溶剂为乙醇、乙醇和水的混合溶液或乙醇/四氯化碳/水的混合溶液中的一种。
6.根据权利要求5所述的区分棉花品质的化学比色法，其特征在于，乙醇和水的混合溶液的配比为(100：0)～(50：50)，乙醇/四氯化碳/水的混合溶液中四氯化碳的比例为10～80％。
7.根据权利要求1所述的区分棉花品质的化学比色法，其特征在于，在步骤3中，原棉的质量为0.2～1.0克，原棉与棉花浸润液的浴比为1：(30～50)。
8.根据权利要求1所述的区分棉花品质的化学比色法，其特征在于，在步骤3中，超声的时间为0～10分钟。
9.根据权利要求1所述的区分棉花品质的化学比色法，其特征在于，在步骤3中，预定温度为25～90℃，静置时间为10～20分钟。
10.根据权利要求1所述的区分棉花品质的化学比色法，其特征在于，在步骤3中，原棉的带液率为190％～195％。
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