r-FT-IR e mATR-FT-IR spectra of most common textile fibers. Os espectros na figura representam resultados normalizados e médios de cada classe. O eixo vertical representa absorvância. Como as fibras naturais à base de celulose têm espectros muito semelhantes, apenas o algodão é apresentado. Espectros de outras fibras naturais como linho, juta e sisal são mostrados no arquivo adicional 1

na Fig. 1, it can be seen that the reflectance mode spectra seem to contain more absorbance maxima compared to the ATR mode. Em particular, na região de 3000-4000 cm−1, as faixas de absorvância são muito mais amplas e mais intensivas. Nesta região de wavenumber, as bandas de Alongamento O–H E N-H. Tal como no modo reflectância, a extensão da penetração da luz na amostra é menor, foi colocada a hipótese de que estes picos mais amplos e mais intensos se devem à humidade na superfície têxtil (a água absorve fortemente na região de 3000-4000 cm−1). No entanto, tal não foi confirmado, uma vez que as experiências de secagem (a peça têxtil foi seca durante 2 h a 70 °C) não revelaram variações significativas entre os espectros de amostras têxteis secos e não secos. Muito provavelmente estas vibrações na região de 3000-4000 cm – 1 são características do modo reflectância. No modo refletância, as bandas são, em muitos casos, desviadas para ondulações mais altas, em comparação com o modo ATR. Por exemplo, para fibra viscosa à base de celulose, a banda de alongamento o-H máxima no modo ATR é de 3344 cm–1, mas no modo refletância uma banda larga com ponta mais estreita pode ser vista a 3500 cm−1. A faixa de alongamento C-O característica que é bem visível no modo ATR (perto de 1022 cm−1) se fundiu em uma ampla área de absorvências (1400-1100 cm−1) no modo refletância, com faixas de 1173 e 1134 cm−1.

uma vantagem inesperada do modo reflectância foi revelada na distinção entre fibras à base de poliamida: seda, lã e poliamida sintética. No modo ATR, os espectros ATR-FT-IR destes três materiais parecem muito semelhantes. Os máximos de absorvância são apenas ligeiramente deslocados e a principal diferença é a largura dos alongamentos N–H/O–H (~ 3500-3000 cm−1), as amidas C=o alongamentos (~ 1630 cm−1) e as bandas de absorvância C–N–H (~ 1520 cm−1). Estas diferenças são geralmente suficientes para identificar fibras de um único componente que estão em bom estado por ATR-FT-IR, mas não para amostras parcialmente degradadas e/ou contaminadas da vida real, devido às possíveis mudanças nas formas de banda e emergindo de novas bandas. No modo refletância, os espectros destes três tipos de fibras são consideravelmente mais diferentes. Por exemplo, todas as cinco amostras−padrão de seda investigadas neste trabalho, obtidas a partir de diferentes fontes, tinham uma absorvância intensiva e aguda máxima próxima de 1710 cm-1, que está ausente nos espectros de lã e poliamida.curiosamente, o espectro de poliéster tinha várias bandas de absorvância extra no espectro de reflectância em comparação com o espectro de ATR-FT-IR. A intensidade relativa para alongamento C-H no modo refletância (a 2972 e 2908 cm−1) foi consideravelmente maior em comparação com o espectro de modo ATR, onde as bandas correspondentes (a 2973 e 2910 cm−1) foram quase despercebidas devido à baixa intensidade. As sobretonas aromáticas / combinações de área entre 2500 e 1800 cm-1, que no caso das outras fibras estudadas contém apenas faixas menores, foi surpreendentemente rico no caso do poliéster. Estas bandas são características das fibras de poliéster, pois todas as amostras analisadas deram resultados semelhantes.relativamente ao polipropileno, observaram-se diferenças significativas entre os espectros de reflectância de diferentes amostras (ver Fig. 2), tanto entre amostras como dentro de uma amostra. Em Fig. 2 quatro espectros de reflectância mais diferentes de duas amostras diferentes são mostrados para ilustrar as diferenças. A área de alongamento C-H tem várias bandas de absorvância nas mesmas ondulações (~ 2970, ~ 2930, ~ 2840 cm-1), mas a forma das bandas e as intensidades relativas são diferentes. Por exemplo, a amostra PP4 contém todas as mesmas absorvências, mas elas são fundidas em uma banda larga, enquanto no espectro PP3 a banda de 2969 cm−1 é claramente mais intensiva do que 2930 cm−1 e 2844 cm−1. A mesma situação aplica–se às bandas curvas C−H em torno de 1460 e 1380 cm—1-mesmas bandas, formas diferentes. A diferença mais proeminente parece estar na faixa de ondulação de 800-600 cm-1. Como pode ser visto na Fig. 2, The spectrum PP1 contains intensive band with absorbance maxima at 713 cm-1, spectrum PP2 has very small band in this area but instead has wide and intensive bands at 660 cm-1. Os outros dois espectros PP3 e PP4 não contêm nada ou bandas com muito baixa intensidade nesta área. As razões para estas diferenças nos espectros de reflectância são muito provavelmente pequenas quantidades de co-monómeros ou aditivos que são frequentemente utilizados no fabrico de artigos de polipropileno da vida real . Como não foram obtidos padrões analíticos de fibra, nenhum espectro de refletância foi deixado de fora da análise de dados.

exemplo individual de espectros de amostras de polipropileno (PP) registados no modo R-FT-IR. O eixo vertical representa absorvância. Os dois primeiros espectros (PP1 e PP2) são da mesma amostra-mostrando diferenças dentro de uma amostra. Os espectros PP3 e PP4 são de uma amostra diferente

Elastano é principalmente utilizado em têxteis, como aditivo para tornar os materiais mais elásticos. Enquanto o elastano puro como um têxtil é bastante raro, o fio de elastano foi usado como um padrão. Obter um espectro R-FT-IR de boa qualidade de elastano foi problemático. Os espectros de reflectância do fio de elastano utilizado e de outras peças muito finas (ver a secção “diferentes amostras têxteis e aspectos práticos”) foram distorcidos e diferem fortemente do espectro de mATR-FT-IR. As bandas de absorvância eram largas, e as pontas das bandas pareciam estar cortadas na região de 1750-1100 cm−1 (ver Fig. 3). A banda de alongamento C–O é a mais intensa no modo ATR (1105 cm−1) e ainda é bem vista no espectro de modo refletância a 1138 cm−1.

r-FT-IR (acima) e espectros de mATR-FT-IR (abaixo) da amostra de elastano. O eixo vertical representa absorvância. Os espectros na figura representam normalizado e a média dos resultados de todos os registrados espectros

Característica ATR-FT-IR espectros de Tencel™ (contendo fibra de lyocell) gravado com o ATR-FT-IR espectrômetro , mostrou absorvância bandas pertencentes à base de celulose de fibras, mas também para grupos amida. A análise com o micro espectrômetro FT-IR em ambos os modos de reflexão e ATR revelou que as duas amostras Tencel™ usadas neste trabalho eram na verdade misturas de pelo menos duas fibras (ver Fig. 4). Apenas alguns dos espectros registrados (como Tencel 1 na Fig. 4) eram semelhantes à fibra pura à base de celulose como lyocell deveria ser . A maioria dos espectros continha além das bandas de lyocell (~ 3500, ~ 3460, ~ 1130 cm−1) também absorvências de alongamento N–H (~ 3330 cm−1) e amide C=o Bandas de alongamento a ~ 1660 cm−1, melhor visto na figura. 4 spectra Tencel 3 e Tencel 4. Como Tencel™ nem sempre é 100% pura lyocell, a identificação muitas vezes pode ser difícil. Devido a estas dificuldades, Tencel™ foi removido do conjunto de treinamento de classificação.

exemplo individual spectra de amostras Tencel™ registadas no modo R-FT-IR. O eixo vertical representa absorvância. Os espectros foram registrados a partir de diferentes partes de duas amostras e, devido a complexa composição de Tencel™ material, diferentes absorbances pode ser notado

Classificação de um único componente de fibras

Duas abordagens distintas foram utilizadas para a classificação: principal component analysis (PCA) based discriminant analysis (DA) and random forest based machine learning algorithm. A classificação com a DA mostra que da mesma forma com o nosso trabalho anterior, onde a classificação foi realizada usando espectros de IR registrados com espectrômetro ATR-FT-IR , as fibras podem ser facilmente distinguidas com base em seus espectros registrados no modo refletância. PCA graph for analyzed textile fibers (see Fig. 5), usando os três primeiros componentes principais, é apresentado para ajudar a visualizar o quanto as classes de fibra realmente diferem umas das outras. As pontuações para cada PC no modo refletância são: PC1 = 69,7%, PC2 = 12,1%, PC3 = 6,2% descrevendo todos juntos 88,0% da variância. As pontuações para mATR-FT-IR são: PC1 = 57,1%, PCA2 = 21,3%, PC3 = 9,4% descrevendo todos juntos 87,8% da variância. O desempenho do classificador da floresta aleatória foi avaliado com base em pontuações de precisão de treinamento e de ajuste de classificação de teste. Para R-FT-IR, as pontuações de precisão do conjunto de testes e treinamentos foram 0,99 (1,0 é o máximo). Para o mATR-FT-IR, as pontuações de precisão dos conjuntos de teste e treino foram de 0,96 e 1,0, respectivamente.

PCA gráfico para r-FT-IR espectros de diferentes fibras têxteis usando a SNV correção

Como anterior a investigação tem demonstrado, à base de celulose de fibras (algodão, linho, juta, sisal, viscose), que são muito semelhantes pela sua composição química, é difícil diferenciar um do outro com IR-base de métodos . Diferenças entre espectros de IR de várias fibras à base de celulose foram encontradas por Garside e Wyeth , mas em nosso trabalho, descobrimos que os espectros de refletância de fibras de algodão e linho eram muito semelhantes para identificação inequívoca. Assim, ainda métodos adicionais, como a microscopia, têm de ser utilizados para uma análise confiante. A Viscose é agrupada de perto com fibras naturais à base de celulose, mas as formas das bandas são ligeiramente diferentes, tornando possível a identificação e classificação correta da viscose. Além das fibras à base de celulose que se agrupam, a análise discriminante baseada no PCA permite uma classificação bem sucedida dos têxteis analisados neste trabalho.

diferentes amostras têxteis e aspectos práticos

a Tabela 1 apresenta uma comparação das técnicas de amostragem de espectroscopia FT-IR utilizadas na identificação de diferentes tipos de fibras têxteis.

Ao usar FT-IR microspectrometer em modo de reflectância, o fator chave é a selecção da amostra adequada da área (abertura) e um bom foco da radiação sobre a superfície da amostra, que é muitas vezes um desafio. Algumas amostras podem ser muito espessas, retalhadas, frágeis ou conter aditivos. Neste trabalho foram analisadas várias peças antigas, parcialmente deterioradas, espessas ou finas, pequenas e roupas inteiras com superfície irregular para testar a precisão da identificação, apesar da condição da amostra.

R-FT-IR tem a forte vantagem de ser uma abordagem sem contato, especialmente no caso de amostras frágeis e/ou valiosas. As desvantagens do método R-FT-IR são os problemas encontrados com superfícies irregulares e materiais estranhos (aditivos ou impurezas) na superfície da amostra. Com a superfície irregular, menos radiação é refletida no detector e, assim, a qualidade do espectro é diminuída. Para compensar isso, é aconselhável usar maior número de varreduras, maior área de medição (abertura) e o melhor detector possível, como MCT resfriado por nitrogênio. No caso de materiais estranhos na superfície, o varrimento da superfície para pontos mais limpos é a única opção para mitigar os riscos de erro de identificação. Peças de fio muito pequenas com largura inferior a 10 fibras individuais foram difíceis de identificar com R-FT-IR. Dependendo do tipo de fibra, os espectros eram às vezes distorcidos e pouco característicos, por exemplo, no caso do elastano fino (discutido acima) e Fio de seda (discutido abaixo). Neste caso, deve ser utilizada a abordagem ATR.