目前紡織纖維的一些定量檢測方法［1］都需要選用適當溶劑將其中一種或幾種纖維溶解，這種檢測耗時且實驗過程中會產生有毒污染物［2］，無法滿足紡織品生產過程中質量監控及國際貿易快速通關檢測的需求。近紅外光譜（NIR）分析技術在20世紀90年代初得到迅速發展［3］，主要用于快速定量分析和判別分析。NIR分析技術通過所采集的光譜數據對樣品進行分析，其特點是準確、快速、無損、無污染并且操作簡便［4］。傳統的多組分混合體系光譜定量方法是光譜強度結合化學計量學的分析方法，如用偏*小二乘法法（partialleastsquares，PLS）［5］直接對光譜強度和其對應的物質含量進行多變量回歸建立校正模型。傳統的光譜結合化學計量學的定量方法由于光強度、測量環境以及樣本均勻性等因素引起的信號強度不穩定使非接觸分析在過程分析中遇到了很大的障礙［6–8］。近年來研究人員開始運用近紅外光譜來檢測混紡纖維含量［9–11］，采用偏*小二乘法（PLS）建立被測纖維含量與近紅外光譜數據的定量校正模型。該方法對實驗環境等要求較高，測量環境以及樣本均勻性等因素容易引起信號強度不穩定導致計算不準確。

筆者采用“基于角度度量的多變量分析方法”對混紡纖維組分進行定量分析，探討角度度量法在混紡纖維含量預測中的應用。

1原理和方法

1.1原理

在混合體系中，每個組分可對應為單一向量，體系為多個向量構成的空間。空間也可描述成被測組分向量a和不含該向量的超平面B，體系中包含被測組分和其它組分的被測樣本s可表示成介于被測組分向量和超平面間的一個向量，如圖1所示，a和s張成的平面與B交于b。

向量的長度代表被測物的響應強度，由于體系已經確定，所以a與b的夾角確定，s存在于a和b之間，體系中被測組分a的含量越低，被測樣本s與a的夾角θ就越大，反之就越小，見圖2。

設θi是空間中s與第i個組分向量的夾角，體系中組分含量恒為正值，θ的取值范圍是0～π／2，矩陣θ與組分含量Q的關系可用多元體系化學計量學的普遍表達式表示［12］：

基于角度度量的多變量分析方法就是把測量信號的強度度量值轉化成被測組分和待測樣本的角度度量值進行多變量回歸完成定量分析［13］。

1.2數據處理方法

數據分析步驟如下：

(1)選取建模樣本S，S中被測組分a的含量需已知。(2)通過近紅外光譜儀獲取建模樣本S的多點強度值和被測組分a的多點強度值。(3)將測量點分割成n個區間，則被測組分a的多點強度測量值被分割為{a1，……，ai，……，an}；建模樣本S的多點強度測量值被分割為{s1，……，si，……，sn}。(4)求取建模樣本S和a的角度度量值{θ1，……，θi，……，θn}。(5)以建模樣本S中被測組分a的含量作為因變量，將建模樣本S和被測組分a的角度度量值構成的矩陣作為自變量，采用偏*小二乘回歸方法(PLS)建立回歸模型。(6)選取預測樣本P，通過近紅外光譜儀獲取P的多點強度測量值，求取樣本P和a的角度度量值，將該角度值代入已經建立的模型中，即可預測樣本P中組分a的含量。

2實驗部分

2.1主要儀器與原料

電子分析天平：AR124CN型，上海奧豪斯儀器公司；近紅外光譜儀：Frontier型，附帶積分球，美國PE公司；維綸、腈綸：實驗室提供。

2.2樣本制備和近紅外光譜采集

維綸和腈綸質量百分數在12%～88%范圍內按不同的質量百分比混合配制27個校正集樣品，10個預測集樣品。近紅外光譜掃描波數范圍4000～10000cm–1。掃描混紡纖維樣本的校正集、預測集，以及維綸，腈綸兩種純組分的近紅外光譜數據。每個樣本掃描3次，取其平均值。

3結果與討論

選取4000～6000cm–1波段進行分析，圖3為維綸和腈綸的近紅外光譜圖，圖4是維綸和腈綸混合纖維近紅外光譜圖。

對光譜進行15點平滑后，直接用偏*小二乘法（PLS）和角度度量法對預測集中的各組分預測結果進行對比，如表1所示。

由表1可知，PLS法的預測**誤差有幾個樣本超過10%，角度度量法對維綸預測**誤差在±4.6%以內，對腈綸預測**誤差在±7%以內。直接用PLS對近紅外光譜進行建模，維綸和腈綸預測值與實際值的線性相關系數r均為0.9457，標準偏差是6.0906，均方根誤差為6.9948。角度度量法對維綸預測值與實際值的線性相關系數r為0.9990，標準偏差為0.8929，均方根誤差為2.1896；對腈綸預測值與實際值的線性關系r是0.9928，標準偏差是2.1896，均方根誤差為3.9493。結果顯著改善。兩種方法預測值與實際值的線性關系圖如圖圖6所示。

兩種方法都能表達混紡纖維的定量關系，但PLS法預測**誤差比角度度量法大，預測模型的穩健性不如角度度量法，因此角度度量法能夠完成混紡纖維的定量分析。

4結論

基于角度度量的多變量方法在儀器噪聲和環境等因素影響下完成對混紡纖維中待測組分的定量分析，結果滿意。因此基于角度度量法能夠彌補傳統的化學計量學方法在測量強度不穩定時不能對多組分混合體系定量分析的缺點，降低了測量條件對光譜定量分析的要求。