摘要：本文采用紅外光譜建模法對(duì)竹原纖維、苧麻和亞麻的定性鑒別進(jìn)行了研究。結(jié)果表明建立的紅外光譜綜合判別模型的準(zhǔn)確度高，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)三種纖維簡單、準(zhǔn)確的鑒別。
　　關(guān)鍵詞：竹原纖維；苧麻；亞麻；近紅外光譜；鑒別

　　竹原纖維作為一種可再生、可降解、廉價(jià)、資源豐富的纖維素纖維，因具有良好的理化性能，近年來受到了越來越多人的青睞[1-4]。然而，由于竹原纖維與苧麻、亞麻具有極其相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)或理化性質(zhì)，竹原纖維與苧麻、亞麻的有效鑒別成為當(dāng)前研究的難題，至今尚未有鑒別方法的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[5-6]。當(dāng)前，針對(duì)竹原纖維的鑒別，人們采用一些常規(guī)檢測方法進(jìn)行了探索研究，但在適用性和有效性上仍有欠缺[7-10]。本文廣泛收集國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的竹原纖維、苧麻和亞麻，應(yīng)用近紅外聚類分析方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)竹原纖維和苧麻、亞麻的鑒別。

　　1試驗(yàn)
　　1.1材料
　　實(shí)驗(yàn)材料見表1。

　　竹原纖維由四川班博竹業(yè)發(fā)展有限公司、福建正和竹紡有限公司提供，苧麻、亞麻由湖南省纖維檢驗(yàn)局提供。
　　1.2儀器
　　（SEM-EDS）MPA型多功能傅立葉變換近紅外光譜儀（Bruker）。

　　2結(jié)果與討論
　　2.1近紅外光譜圖分析與處理
　　三種纖維使用相同的漫反射條件采集的近紅外光譜圖見圖1。

　　三種纖維近紅外光譜的吸收峰峰形及峰強(qiáng)非常相似，無法進(jìn)行纖維區(qū)分。因此，對(duì)近紅外光譜經(jīng)一階導(dǎo)數(shù)+矢量歸一化預(yù)處理后，采用Ward’salgorithm定義距離、基于系統(tǒng)聚類分析法（HierarchicalClusterAnalysis，HCA）[11]建立了三種纖維判別模型，并進(jìn)行準(zhǔn)確度驗(yàn)證。
　　系統(tǒng)聚類分析法就是采用分級(jí)聚類策略，先認(rèn)為每個(gè)樣本都自成一類，再規(guī)定類與類間的距離。開始時(shí)，因各樣本均自成一類，其類間距離等價(jià)，選擇距離最小的一對(duì)合并成一個(gè)新的類，依此每次減少一類，直至所有的樣本都合成為一類為止。當(dāng)兩樣本合成新類之后，則必須以確定的距離定義來表示樣本與類或類與類之間的距離。不同的類與類之間距離的定義將會(huì)產(chǎn)生不同的系統(tǒng)聚類結(jié)果。本研究采用的Ward’salgorithm法是一種最有效、最常用的距離定義方法，它采用不均勻的判斷規(guī)則，從方差分析的觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為正確的分類應(yīng)該使類內(nèi)方差盡量小，而類間方差盡量大。從而得到較好的結(jié)果。
　　2.2建立近紅外光譜判別模型
　　根據(jù)光譜預(yù)處理后的各纖維建模集樣品的近紅外光譜全譜數(shù)據(jù)圖，使用系統(tǒng)聚類分析方法，建立三種纖維的近紅外光譜判別模型，如圖2所示。根據(jù)判別模型可以明顯區(qū)別三種纖維，從而實(shí)現(xiàn)纖維的鑒別。

　　2.3近紅外光譜判別模型準(zhǔn)確度驗(yàn)證
　　使用驗(yàn)證集樣品的近紅外光譜圖對(duì)各判別模型進(jìn)行準(zhǔn)確度驗(yàn)證，在與建模樣品相同的條件下，使用漫反射方法分別采集四種竹原纖維、苧麻和亞麻驗(yàn)證集樣品的近紅外光譜圖，進(jìn)行一階導(dǎo)數(shù)+矢量歸一化預(yù)處理后，對(duì)判別模型進(jìn)行準(zhǔn)確度驗(yàn)證。驗(yàn)證集樣品的近紅外光譜圖（部分列舉）見圖3，近紅外光譜判別模型驗(yàn)證結(jié)果（部分列舉）見圖4，綜合判別模型驗(yàn)證結(jié)果如表2所示。

　　由圖4和表2可知，聚類判別模型對(duì)三種纖維可以進(jìn)行準(zhǔn)確的鑒別。使用系統(tǒng)聚類分析法建模時(shí)，樣品的代表性強(qiáng)和種類的齊全程度高直將獲得更高的準(zhǔn)確程度。因此，紅外光譜判別模型仍具有很大的拓展和優(yōu)化空間。

　　3結(jié)論
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以漫反射法進(jìn)行樣品采譜，經(jīng)一階導(dǎo)數(shù)+矢量歸一化光譜預(yù)處理，采用Ward’salgorithm定義距離，基于系統(tǒng)聚類分析法分別建立的竹原纖維、苧麻和亞麻判聚類別模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)三種纖維的鑒別，具有操作簡單、檢測速度快、準(zhǔn)確性高、不損傷樣品等特點(diǎn)。

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