人工光老化黑染哈拉克纤维的化学组分与纤维特性相关性研究：振动光谱与化学计量学视角

本研究通过红外（IR）和拉曼（Raman）光谱结合化学计量学，揭示了人工光老化对铁单宁酸黑染哈拉克纤维化学组成与物理性能的关联机制，为文化遗产纺织品的降解机理与保护策略提供了关键科学依据。

　　

Highlight

Experimental design

本研究采用Smith等人[37]描述的纤维样本，包含两种处理状态（人工光老化前后）及五种染色条件（未染色、hinau-泥类型1（H1）、hinau-泥类型2（H2）、manuka-kanuka泥类型1（M1）和manuka-kanuka泥类型2（M2））。共分析30个样本，涵盖未老化（T1）和人工光老化（T2）阶段（每组处理n=3），包括未染色对照组和四种染色处理（Hinau染色样本含可水解单宁，Manuka-Kanuka染色样本含缩合单宁）。

Overview of variations of physical properties with light-aging

人工光老化导致哈拉克纤维拉伸强度降低、酸度增加和颜色变化[37]，其变化程度因染料类型而异。

Infrared spectroscopy

天然哈拉克纤维的红外光谱（图2a）显示出纤维素（cellulose）、半纤维素（hemicellulose）、木质素（lignin）等组分的特征峰[17,43,50,56]。强而宽的O-H伸缩振动峰（氢键特征）在3400 cm^?1附近显现，C-H伸缩振动位于2900 cm^?1，羰基C=O伸缩振动（酯、羧酸或酮类）出现在1730 cm^?1。芳香环C=C伸缩振动（木质素特征）位于1594和1510 cm^?1，而1458 cm^?1处的峰与木质素和碳水化合物的C-H变形振动相关。1427 cm^?1处的谱带归因于纤维素和木质素的CH₂弯曲振动，1375 cm^?1处为纤维素C-H弯曲振动。1335 cm^?1附近是O-H弯曲振动（非晶纤维素），1316 cm^?1处为CH₂摇摆振动（结晶纤维素）。1242 cm^?1处的强峰对应酯类C-O伸缩振动（半纤维素或木质素），1160 cm^?1处为C-O-C不对称伸缩振动（纤维素和半纤维素）。1110 cm^?1附近是O-H关联振动（纤维素），1054和1032 cm^?1处为C-O伸缩振动（纤维素、半纤维素）。897 cm^?1处的峰是β-糖苷键（β-glycosidic link）特征振动。

Conclusion

拉曼和红外光谱能够区分经不同染料和泥源（hinau或manuka基染料与两种泥源）处理的哈拉克纤维。红外光谱在区分泥源类型方面信号更强，而拉曼光谱更擅长区分染料类型。研究还实现了对纤维光老化的鉴别——观察到的光谱变化主要与染料相关而非纤维本体。这表明光谱技术可用于监测染料降解过程，这对文化遗产纺织品的保护具有重要意义。