皮革鉴别（共6篇）
皮革鉴别 篇1
1 概述
随着日用消费品消费数量的增加,以及制造工艺性、成本等的影响,皮革、再生革、人造革等材料代替真皮,广泛应用于制造皮带、箱包、鞋等日常生活消费品。但其耐用度、舒适性、卫生安全等方面与真皮存在明显差距,市场上经常出现以次充好、以假乱真现象,让消费者及政府管理部门对产品的评价鉴别无法界定。
2 皮革分析鉴定方法
2.1 感官鉴定
感官鉴定———皮革及其产品的检验,国内外一直沿袭感官检测的方法(Hand Evaluation Method,HEM),鉴定用手与皮革接触时所获得的触觉。感官鉴定是一种将人的感觉器官(主要是手)作为感受、检查、评定的输入环节,起到传感器的作用,运用数理统计与心理学原理,遵循严格的操作法则,经过大脑分析评判,以标准规范的语言、文字或符号做出结果表述的方法。这种方法在很多工业行业与生活活动中应用。例如,餐饮、食品饮料、文物欣赏等与日常生活息息相关的经济文化活动。感官鉴定的方法有简单方便、实施范围广的特点,能经济有效、快速直接的反映生产现场的质量控制情况,帮助生产者优化生产过程,提高产品质量。同时,其鉴定结果易受检验人员主观意识、敏感程度、生活生产经验差异的影响,不可避免的带有主观性和不可控偏差。对于同一个检测主体,其感官(手)的不同部位和不同的触摸皮革的方式,得到的感觉有较大的差异,这些差异的大小对皮革的感觉评价体系建立十分重要[2]。由于,感官鉴定是消费活动过程中评价皮革质量最终,甚至是唯一的手段,因此应用生理学理论,建立皮革手感鉴定系统的感觉生理量最强分辨力触摸检验操作方法,就显得十分关键。
皮革等级的性能参数主要有柔顺(Softness)、丰满(Fullness)、弹性(Elasticity)、表面光滑度(Flatness)和厚度均匀性(Thickness)等五个方面,其他的感觉可以通过这五个项目综合评价。皮革的厚度均匀性可以方便的通过侧厚方法进行直观测量,因此,感官测量的主要方面是,柔顺、丰满、弹性和表面光滑度这四个方面。作者根据多年检验经验,积累了丰富的辨别经验,总结了皮革鉴定感官鉴定操作方法,如表1所示。
通过表1的对比分析,提高感觉鉴定的实际操作可分为以下四种方式,对皮革品质的鉴别需要四种方式综合运用,细心体会。(1)表面光滑度———用中指和手掌轻度的反复团握皮革样品,用食指、中指和拇指第一节轻度的做滑动动作,感觉被检测产品的表面光滑度。(2)柔顺度———用食指、中指和拇指用力的挤压皮革样品、手掌轻度的反复团握,感受被检测产品的柔顺度。(3)弹性———用手掌及手指重度挤压皮革样品,然后轻度反复团握皮革样品,感受被检测产品的弹性。(4)丰满度———用手掌手指重度挤压样品,用食指、中指和拇指重度挤压样品,感受被检测产品的丰满度。平滑度检验,主要是感受皮革表面的粗糙度,人手第一节对表面的凸凹感受阈值最小,因此,用手指做轻度的滑动动作,手指能感觉到凸凹变化,力度从轻微到轻度逐渐变化。切记,从重到轻变化。
柔顺度检验,主要是感受皮革弯曲压缩变形时的变形抗力大小。变形抗力大,手的感觉发硬,变形抗力小,手的感觉柔软。物体变形小时变形抗力小,变形大时,变形抗力大。因此,变形小时,产生感觉快、持续时间短;感受面积大的适应方式适合感受柔顺度;变形抗力大时,产生感觉慢、持续时间长;感受面积小的使用方式适合感受柔顺度。柔顺度鉴定时,用手掌、拇指轻度反复团握结合食指、中指和拇指的用力挤压来感受柔顺度。弹性检验,是通过感受皮革弯曲回复时,对手掌产生的感觉来衡量的,回复的速度快,对手掌构成压力感,弹性好,否则弹性不好。回复时一般力较小,因此弹性的感官鉴定的主观性较强。丰满度———主要是感受皮革在压缩状态下的海绵感和丰富的弹性感。通过产生感觉慢、持续时间长;感受面积大食指、中指和拇指的重度挤压,能更好的感受弹性和海绵感。用手掌和手指团握、挤压皮革制品,可以更好的刺激手掌的感觉。实践证明,上述的感官鉴定方式,能有效地排除皮革各种感觉的交叉干扰,也能指导没有丰富检验经验的人快速掌握正确的感官检测方法。
2.2 显微镜法
现代材料科学认为,结构决定性能。宏观性能的表现是微观结构的统计表现。通过建立各种材质的显微结构图库,通过对被鉴定皮革观察文件结构然后在图库中对比得出被鉴定皮革的性质。该方法,科学准确,但可操作性不强[3]。目前,还没有见公开报道、公认权威的图库。建立图库需要大量的人力、物力,成本过高。因此,显微镜法一般用来鉴定皮革的真伪,用来鉴定天然皮革与人造革显。或者,鉴别是哪种皮革,如牛皮、羊皮等。也可以用于鉴定是第几层皮,间接确定鉴定皮革的性能。
2.3 皮革性能量化评价
材料的物质指标能直接或者间接反映材料内部物理结构,检测能反映皮革品质的物理指标,并建立相应指标与人感官感觉的关系。之后,通过通用设备或制定专门设备检测皮革指标,确定皮革品质。通过测定皮革在弯曲力作用下弯曲变形的力学状态表达皮革柔顺性;皮革在外力作用下发生变形,变形导致皮革内部结构发生变化,产生变形抗力,这种抗力会迫使皮革回复原态。所以弹性可以表达为皮革发生非永久变形的能力。可以用顶伸力作用下发生的力学状态表达;表面光滑度可以通过显微镜观察表面的凸凹程度评价;有研究表明,皮革的丰满度可以通过皮革厚实感表达,而厚实感与皮革内部纤维束之间的间隙饭分布有关,纤维束之间间隙越分布越均匀越小皮革感觉越饱满、越厚实。一般通过施加均布载荷测量一定时间间隔的压缩位移及相应的压缩力大小评价。
3 结束语
皮革的品质具有主观性强的特点,掌握感官鉴定手段,对评价消费者自身满意的产品具有其他检测手段不可替代的作用。而作鉴定分析,应借鉴显微分析、性能量化评价手段,尽量避免主观性带来的鉴定结构争议。
摘要：针对目前普通消费者由于对皮革等级鉴别方式方法不了解、不熟悉,导致在消费行为中不能及时做出合理的判断、维护合法权益。作者在分析总结多年工作过程中积累的案例、经验,结合科学检验方法,归纳总结了目前皮革等级常用检验方法的操作步骤、鉴别准则、适用范围等问题,为质检监督检查部门制定相关条款及检验标准方法,以及日常皮革材质制品的消费者维权及检验工作,提供指导。
关键词：皮革等级,检验方法,材料鉴别
参考文献
[1]王宏博,高雅琴,常玉兰,等.皮革不同部位柔软度量化表征的研究[J].西部皮革,2007,29(6):9-10.
[2]董继先,张三,钱德明,等.新型皮革感官特性参数测量仪器的研究[J].中国皮革,2008,37(21):77-79.
[3]张娜,魏晓英,孙世元.常见皮革和毛坯的形态分析和鉴别[J].西部皮革,2016,38(15):42-64.
天然皮革鉴别技术研究进展 篇2
皮革 (天然皮革) 是指从动物体表面剥离下的一层皮肤组织, 经脱毛、鞣制等物理化学加工和整饰后制成的材料, 各种动物皮革的主要成分均是胶原蛋白[1,2], 这些蛋白质由20多种α-氨基酸构成, 通式为[R-C H (N H2) -C O O H]。天然皮革牢固耐用、透气性好、高雅舒适并具有良好的生态特性, 被广泛地应用于鞋服、箱包、家居、汽车等日常生活各个方面。然而皮革的种类不同, 其市场价值也相差巨大, 一些不法商贩为了寻求利益最大化, 常常以假充真、以次充好等。这不仅损害了广大消费者的健康和利益, 同时也对社会经济产生了重大影响, 长久以来, 皮革材质的鉴别问题一直是广大消费者及监管部门关注的焦点。
当前市面上皮革及其制品存在的假冒伪劣现象主要有两类: (1) 用人工革 (人造革、合成革或再生革) 冒充天然皮革。人工革作为皮革的仿制品, 具有质轻、价廉、耐磨、易加工等特点, 但与天然皮革相比透气性、舒适性相对较差。 (2) 用价值低的皮革冒充价值高的皮革。这里可细分为两种情况, 一是用剖层皮革冒充头层皮革, 由于剖层皮革没有表面真皮, 只有疏松的纤维组织层, 其耐磨性、强度及牢度较差, 是同类皮革中相对廉价的一种;二是不同类动物间皮革或同类动物不同品种间皮革的假冒, 如用羊皮革冒充鹿皮革、绵羊皮革冒充山羊皮革等。
2 天然皮革与人工革的鉴别方法
对于鉴别材料是天然皮革还是人工革的技术目前已经相对比较成熟, 主要方法有感官法 (包括外观、手感、滴水、气味、滴水) [3,4]、化学法 (燃烧、氢氧化钠溶解) [5,6]、仪器分析法 (显微镜观察、红外光谱分析和能谱分析等) [7,8,9]等, 这些方法足以准确鉴别材料是属于人工皮革还是天然皮革。特别是利用红外光谱的分析方法成为了鉴别天然皮革和人工革或各类人工革间的有效手段, 国家标准G B/T30695-2014《聚氯乙烯、聚氨酯人造革 (合成革) 材质鉴别方法》于2015年3月正式实施, 此标准规定了鉴别人工革材质是聚氯乙烯或聚氨酯的红外光谱方法及验证方法。
3 天然皮革间的鉴别方法
对于头层皮革与剖层皮革的鉴别也相对比较容易[10], 除外观直接观察外, 借助显微镜对皮革的纵切面进行观察是一个有效的分析手段;另外, 由于剖层革一般进行表面覆膜, 而头层皮一般保持动物天然纹理, 不进行覆膜加工, 对此红外光谱法也可起到鉴别作用。
相较而言, 不同类动物间皮革或同类动物不同品种间皮革的鉴别方法是目前各质检技术机构面临的难点。因为这些皮革制品在外观甚至手感上颇为相似, 采用传统感官或是化学方法难以区分, 因此借助现代分析仪器手段进行鉴别具有重要的应用价值, 具体的方法主要有显微镜观察、聚合酶链反应 (PC R) 技术和衰减全反射傅里叶变换红外光谱 (A TR-FTIR) 测试等。
3.1 显微镜观察
显微镜观察是目前鉴别天然皮革最广泛最常见的仪器方法。2012年欧洲标准委员会皮革技术委员会制定了ISO 17131:2012《皮革显微镜鉴别皮革》, 其规定了显微镜法鉴别皮革材质的方法, 这项标准的制定与实施为天然皮革的显微镜鉴别方法提供了标准规范和依据。同时, 国内研究人员也应用显微镜鉴别皮革进行了大量的研究工作。
丁云[11]用光学显微镜观察分析了猪、牛、羊革的微观形态特征, 形成了特征图片, 总结归纳了这几类天然皮革的粒面、纵切面以及肉面的组织结构特征, 从而进行皮革材质的鉴别。李珊珊等人[12]运用超景深三维显微镜观察并对比了普通的、仿鹿的、反绒面等的山羊皮革以及鹿皮革、绵羊皮革的粒面与纵切面的表观形态特征, 总结了它们的形态特征规律, 此研究工作可用于特殊风格山羊皮革的材质定性鉴别。柯振华等人[13]采用扫描电镜分别观察分析了牛、羊、猪皮革肉面纤维束, 电镜图上牛、羊、猪皮革肉面纤维束形态上均呈扭曲丝状结构, 表面有不规则的凸起或凹陷, 有细丝状物附着于纤维束表面, 但是不同种类的皮革肉面纤维束显微形态之间的差异不明显。
采用光学显微镜观察鉴别天然皮革的方法具有一定局限性, 因为这种方法要求检测人员必需具备扎实的专业知识和丰富的经验, 而且存在部分皮革的材质无法辨别 (如牛剖层薄皮革与山羊剖层皮革) 。而采用扫描电子显微镜鉴别时同样会遇到这些问题, 而且该仪器昂贵、操作复杂。
3.2 PCR技术
PC R技术鉴别皮革是通过提取皮革中动物D N A进行扩增反应, 由于不同物种的遗传信息的差异, 其扩增出D N A片段的分子量不同, 从而对不同物种进行区分鉴别[14]。PC R技术是皮革鉴别最直接客观的方法, 与传统方法相比准确度更高。
覃芳芳等人[15]通过2次纯化法成功地从羊革样品中获得较高的质量的D N A, 根据羊线粒体基因序列设计特异性的扩增引物, 成功地从皮革样品D N A中扩增出294 bp的羊内源基因片段。建立了羊革PC R的鉴定方法, 此方法特异性强、可作为皮革材质鉴别的一种手段。柯振华等人[16]成功地从牛皮革样品中提取获得质量较高的D N A, 建立了牛皮革D N A的提取方法。并根据牛线粒体基因序列设计特异性的扩增引物, 成功地从皮革样品D N A中扩增出271 bp的牛内源基因片段, 并进一步应用设计199 bp的羊内源基因和149bp猪内源基因引物。若待测样品D N A未能扩增出羊或猪的内源基因片段, 且阳性对照和阴性对照正常, 则可判定待测皮革样品材质为牛皮革。赖心田等人[17]建立了皮革制品D N A提取方法和荧光PC R鉴定体系, 实现了动物性皮革制品中牛、绵羊、山羊、马物种的荧光PC R鉴定, 方法的灵敏度高 (D N A检出限为1 ng) 、特异性好, 可作为传统皮革鉴定方法的重要补充手段。
应用PC R技术鉴别天然皮革虽然是一种最直接最有理论依据的方法, 但存在耗材昂贵、测试费用高、操作繁琐等问题;而且鞣制成革后D N A损失较大, 分离提取困难, 后续的扩增反应也不易进行。
3.3 ATR-FTIR光谱测试
红外光谱是研究物质结构的方法之一, 也是材料鉴别和成分分析的重要手段, 它揭示分子中的振动和提供有关官能团结构信息。近年来A TR-FTIR作为红外光谱的重要实验方法之一[18,19], 被广泛应用于皮革的无损检测分析, 其具有不破坏样品、操作简便、检测时间短等优点。A-TR-FTIR是快速鉴别天然皮革/人工革或各类人工革的利器[20,21], 同时也有学者应用A TR-FTIR对天然皮革间的鉴别进行了相关探索研究。
胡子文等人[22]比较羊皮革与牛皮革的红外光谱图, 二者相同位置的峰强度有所区别, 并且羊皮革在1 096 cm-1和1 033 cm-1处出现的峰与牛皮革在1 152cm-1和1020 cm-1两处出现的峰有差别, 位置与峰形已有一定区别。赵小蓉等人[23]采用A TR附件收集了猪、牛、羊、马四种皮革的红外谱图, 以2 925 cm-1和2 854cm-1处的吸收峰面积比值为横坐标, 1 652 cm-1与1 552 cm-1处的吸收峰面积比为纵坐标, 绘制二维分布图, 进行识别分析。结果表明猪皮革、牛皮革、马皮革的样品点分布效果好, 猪皮革和马皮革可以明显区别开, 但是牛皮革和羊皮革的样品点分布有交叉。
应用A TR-FTIR采集天然皮革的红外光谱图十分方便快捷, 但是进行区分鉴别时具有较大局限性, 因为组成动物皮革的胶原主要成分均为蛋白质, 反映在光谱图上的差异很小, 直接通过简单分析谱图鉴别的难度很大。
4 结语
牛皮革PCR鉴别方法研究 篇3
PCR是聚合酶链式反应的简称,是分子生物学中广泛运用的一种技术,主要原理是通过热循环,达到目的基因片段的大量扩增。目前这项技术越来越广泛地运用于产品检测之中。例如,运用PCR技术检测牛奶或腊肠中的植物成分等[1,2];运用PCR技术检测肉骨粉等产品中的动物源性成分等[3,4,5];运用PCR技术检测食品中的转基因成分等[6,7,8,9]。目前DNA提取技术涉及到活体动物的肝脏[10]、明胶[11]、标本[12,13]、鞣制的野猫皮、漠猫皮[14]、扬子鳄皮及皮革[15]等方面的研究,但尚未见到牛皮革DNA提取及在材质鉴定方面应用的研究报道。
皮革主要是由哺乳类动物皮加工而成,是我国重要的出口创汇产品。天然皮革按其动物种类分,主要有牛皮革、羊皮革、猪皮革、马皮革、驴皮革和袋鼠皮革等。随着科学的发展,人们可以模仿动物纤维、天然皮革的特性,生产人造纤维、人造革。人造革是皮质面料的代用品,它是用PVC等材料加增塑剂和其他助剂压延复合在基布上加工而成的。由于天然皮革种类繁多,价格昂贵,一些不法商贩为了寻求利益的最大化,以人造革冒充天然皮革,或以低档皮革冒充高档皮革,损害了广大消费者的健康和利益,对社会经济发展产生了不利影响。
目前,皮革材质的鉴别主要仍以手摸眼看的感官鉴定方法为主,随着皮革加工技术的提高,在某些方面,感官鉴别方法已很难鉴别出皮革种类,需要开发更为科学有效的方法。由于不同种类皮革的动物来源不同,不同种类动物携带的遗传信息不同,本研究通过提取、分析皮革中的遗传信息来鉴定皮革材质,具有高特异性、高灵敏度等特点。
1 实验部分
1.1 实验材料及仪器
牛皮革,由国家皮革制品质量监督检验中心(广州)提供;基因组DNA提取试剂盒,购自Promega公司;Taq DNA聚合酶,DNA相对分子质量标记,购自大连宝生物工程有限公司。
PCR热循环仪(MJ Research,PTC-200)、凝胶成像系统(Bio-Rad,Gel DOX XR)、核酸蛋白分析仪(Bio-Rad,Smart Spec plus)、微量可调移液器(Eppendorf)。
1.2 实验方法
1.2.1 皮革DNA的提取
皮革制品一般经过浸灰、软化、浸酸、鞣制等过程,这些过程直接影响到DNA的完整性,特别是在皮革鞣制过程中,皮革样品中的DNA损失严重。此外,皮革样品基质复杂,含有多种PCR抑制因素,如盐离子、色素等。针对皮革样品的特殊性,本研究采用的皮革DNA的提取方法是苯酚-氯仿法。苯酚、氯仿溶液去蛋白能力较强,适用于动物组织DNA的提取。我们根据皮革样品的特殊性,利用裂解缓冲液释放皮革核酸,采用高浓度盐溶液除去溶液中的蛋白质,用苯酚、氯仿混合溶液进一步除去蛋白,最终获得纯化的皮革DNA。
具体提取步骤如下:剪取50 cm2左右的经酒精浸泡消毒后的皮革样品,放入碎皮机破碎。使用磷酸盐缓冲溶液在不断振荡条件下浸泡碎皮革样品12 h。去除磷酸盐缓冲溶液,用蒸馏水浸泡样品至水溶液无色,期间每隔2~3 h换一次水,以降低盐离子如铬离子等的含量。浸泡后将皮革样品破碎,取3 m L破碎的样品,加入2 m L 2%的十六烷基三甲基溴化铵裂解缓冲液,加入50μL质量浓度为20mg/m L的蛋白酶K溶液,混匀,置65℃恒温水浴60min,不时摇动。取出,加入1 m L饱和氯化钠溶液,剧烈振荡5 min,置于0℃下放置5 min,离心。取上清液,加入等体积苯酚/氯仿/异戊醇(25∶24∶1),混匀,离心。取上清液,加入等体积的氯仿/异戊醇(24∶1),混匀,离心。取上清液,加入1/10体积的3mol/L醋酸钠溶液,混匀,加入等体积的异丙醇,混匀,-20℃放置2 h,离心,弃去上清液,保留沉淀物。取沉淀物用75%乙醇洗涤,室温下将乙醇吹干,将沉淀溶于TE溶液中,即得皮革DNA溶液。
为防止提取过程中外源DNA的污染,我们采用无菌滤纸代替皮革样品作阴性对照,提取方法与皮革样品完全一致。
1.2.2 皮革DNA质量的测定
采用核酸蛋白分析仪测定提取的皮革DNA的质量。PCR实验一般要求模板DNA的浓度达到20ng/μL以上。DNA的纯度一般用OD260/OD280的比值来表示,当OD260/OD280比值在1.5以上时,可用于PCR扩增,当OD260/OD280比值在1.7~2.0之间时,PCR扩增效果较好。
1.2.3 PCR引物的设计与优化
为验证提取的皮革DNA是否适合于进行PCR检测,我们设计了用于扩增真核生物共有的18S核糖体基因引物进行PCR检测。为了准确鉴别皮革样品的种类,我们根据牛、羊、猪的线粒体基因序列,分别设计了种属特异性的引物对提取的皮革DNA进行PCR检测。具体引物信息见表1。
1.2.4 PCR反应体系的优化
反应体系为25μL体系,其中10×PCR缓冲液2.5μL、Mg Cl22.5μL、d NTPs 1.0μL、上、下游引物各0.5μL、Taq酶0.5μL,模板溶液2.0μL、灭菌双蒸水补足体积至25μL。
反应条件为94℃预变性5 min、94℃30 s、57℃30 s、72℃30 s,共进行35个循环,最后72℃延伸10 min,4℃保存。
1.2.5 PCR产物电泳
PCR反应结束后的PCR产物于1.5%的琼脂糖凝胶中电泳,电压80 V,相对分子质量标记为DL2000 marker。凝胶内含有0.5μg/m L的溴化乙锭,紫外光下观察、拍照。
2 结果与讨论
2.1 皮革DNA的提取结果
本实验尝试了多种DNA提取方法提取皮革样品DNA。
(1)直接采用试剂盒进行提取,方法简单,但皮革样品中含有的大量盐离子及蛋白不易除去,会残留于DNA提取液中,影响DNA的质量;
(2)采用CTAB提取方法进行提取,由于CTAB法主要针对植物组织DNA的提取,过程比较复杂,而且皮革样品中的蛋白和盐离子含量比较高,采用CTAB法提取的皮革DNA的质量不高;
(3)采用高盐低p H法提取DNA,由于皮革样品经过鞣制处理等深加工过程,DNA破坏严重,DNA片段小且含量低,采用高盐低p H法难以达到富集纯化DNA的目的;
(4)通过比较,应用苯酚-氯仿法可有效除去皮革样品中的蛋白和盐离子等杂质,提取的皮革DNA的质量能够满足PCR检测的要求。
将应用本方法提取得到的6份皮革样品DNA用TE缓冲液稀释10倍后测定其质量,结果见表2,本方法提取的皮革DNA的浓度在100 ng/μL左右,OD260/OD280比值在1.60左右,最高达到1.71,表明应用本方法提取的皮革DNA质量较高,能够满足PCR检测的要求。
2.2 皮革基因组DNA电泳结果
如图1所示,提取的6份皮革样品基因组DNA碎片的相对分子质量在100 bp~20 kb之间。电泳结果表明,我们从皮革样品中提取获得了较多的基因组信息,提取效果较理想。由于皮革的鞣制处理以及样品的长时间保存均会严重影响DNA的质量和产量,提取的皮革DNA存在一定程度的降解,在电泳图谱上出现弥散现象。
2.3 PCR检测结果
为验证提取的皮革DNA是否适合于进行PCR检测,我们采用真核生物通用的18S r RNA基因引物对提取的皮革DNA进行PCR扩增。如图2所示,空白对照实验没有出现扩增条带,表明DNA在提取及扩增过程中未受到外源DNA的污染。与DNA Marker对照,所提取的6份皮革样品中均扩增出137 bp的目的片段,与预期相符,表明本方法提取的皮革DNA质量较高,可用于PCR检测。
为了确定皮革样品的种类,我们采用牛内源基因引物对皮革DNA进行PCR扩增。扩增结果如图3所示,提取的6份皮革DNA均能扩增出271 bp的牛内源基因片段,阳性对照、阴性对照正常。检测结果表明,本研究提取的6份皮革样品中含有牛源性成分,可初步判断本研究分析的皮革样品为牛皮革。
我们进一步应用设计的羊内源基因、猪内源基因引物对皮革中的羊源性、猪源性成分进行检测。皮革样品中羊源性成分的检测结果如图4所示,6份皮革样品DNA中均未扩增出199 bp的羊内源基因片段,阳性对照、阴性对照正常。皮革样品中猪源性成分的检测结果如图5所示,6份皮革样品DNA中均未扩增出149 bp的猪内源目的基因片段,阳性对照、阴性对照正常。检测结果表明,本研究分析的6份皮革样品中不含有羊源性或猪源性成分。
3 讨论
市面上皮革种类繁多,不同种类皮革之间的价格相差悬殊,传统的感官鉴定方法在皮革种类鉴别方面还存在一定的不足,急需开发更为科学有效的皮革分类鉴别方法。天然皮革一般是由哺乳类动物皮毛加工而成,其种属的遗传特征在皮革的加工过程中是不会改变的,我们可以通过分析皮革种属特异性的遗传信息来确定皮革种类。
皮革制品一般经历了酸水解、碱处理、鞣制以及染色等加工过程,皮革样品中的DNA损失严重,遗传物质含量少且质量不高,研究难度比较大。此外,鞣制皮革中一般含有大量的鞣剂,鞣剂的主要成分是铬盐,铬盐的存在严重影响了皮革DNA的提取,所以需要对皮革样品进行一些预处理,以改善提取效果。本文对传统的DNA提取方法进行了改进,利用磷酸盐缓冲溶液浸泡皮革样品,除去部分色素。利用磷酸盐缓冲溶液与蒸馏水在不断振荡条件下反复浸泡皮革样品以降低盐离子特别是铬离子含量,减少盐离子对DNA纯化以及后续PCR反应的干扰。实验证明,通过长时间浸泡并每隔2~3h对浸泡液进行更换,最终提取的皮革DNA中盐离子含量较低,PCR反应不受影响,提取的皮革DNA满足PCR检测要求。利用裂解缓冲液释放皮革核酸,利用蛋白酶消化皮革蛋白,用高浓度盐溶液除去大部分蛋白,减少纯化时蛋白对DNA的干扰。用苯酚、氯仿、异戊醇混合溶液进一步除去溶液中的残余蛋白,最后用异丙醇在低温条件下使DNA沉淀,获得纯化的皮革DNA。应用本方法成功地从皮革样品中提取获得了质量较高的DNA。
在设计引物时,考虑到动物基因组中线粒体DNA拷贝数较多且抗腐蚀性较强,我们分别设计了牛、羊、猪线粒体内源基因片段的扩增引物。在6份皮革样品DNA中扩增得到271bp的牛内源基因片段,而未能扩增出羊或猪的内源基因片段。阳性对照、阴性对照正常。结果表明,本研究提取的皮革样品中含有牛源性成分而不含有羊源性或猪源性成分,可初步判断皮革样品为牛皮革。
本研究将优化前处理步骤与苯酚、氯仿溶液抽提蛋白的方法相结合,建立了快速简便的牛皮革基因的提取方法。根据牛、羊、猪线粒体基因序列设计种属特异性的扩增引物,建立了皮革成分的PCR检测方法。本研究探索了分子生物学技术在皮革分析鉴定领域中的应用,通过分析皮革的遗传学信息来鉴定皮革样品种类。研究将核酸提取技术与PCR检测技术相结合应用于皮革真实属性的鉴定中,具有特异性强、灵敏度高等特点。
本研究为皮革种类鉴定提供了一种新的思路与方法,具有较强的创新性。研究成果可为皮革的鉴别与分类等提供参考依据,方法可推广应用于多种皮革的鉴别分类中,具有良好的经济与社会效益,应用前景广阔。
摘要：本研究比较了不同的DNA提取方法,最终运用苯酚-氯仿抽提法成功地从牛皮革样品中提取获得质量较高的DNA,建立了牛皮革DNA的提取方法。该方法充分考虑了皮革材料的特殊性,利用裂解缓冲液释放皮革中的核酸,采用高浓度盐溶液除去溶液中的蛋白质,用苯酚、氯仿混合溶液进一步除去蛋白,最终获得纯化的皮革DNA。根据牛线粒体基因序列设计特异性的扩增引物,成功地从皮革样品DNA中扩增出271 bp的牛内源基因片段。本方法通过分析皮革样品中的遗传学信息来鉴定皮革种类,特异性强、灵敏度高,可广泛应用于皮革的鉴别与分类中。
常见皮革和毛皮的形态分析和鉴别 篇4
皮革和毛皮因其种类不同,市场价值也相差巨大。国家和行业相关产品标准中明确要求应明示产品及其材料的真实属性,但是皮革和毛皮的种类鉴定尚无国家或行业标准方法可以依据。现在市场上主要的皮革类型,主要分为几种:牛皮革、羊皮革,猪皮革和人造革,毛皮制品有羊毛皮、狐狸毛皮、兔毛皮、貉子毛皮、水貂毛皮、人造毛皮等,而对于各类天然皮革、天然毛皮、人造皮革和人造毛皮鉴定分析的相关标准还有待进一步完善。本文首先列举了天然皮革和人造革、天然毛皮和人造毛皮的鉴别方法,然后将几种常见真皮皮革和毛皮的区别予以进一步分析,以期待可以对大家的日常鉴别有所帮助。
1仪器设备
扫描电子显微镜,TM 3000型,日本日立公司;智能型纤维测量仪,C Y G-055D I型,上海光学仪器厂。
2天然皮革和人造革
一般来说,天然皮革的形状是无规则的,厚度也不均匀,其表面也多少存在一些自然残缺,其表面光滑细致程度不一,通常边腹部松弛,革面有明显的毛孔和花纹,革里一般有绒头。而合成革厚度均匀,表面平滑,其毛孔和花纹也很均匀,革里一般无绒头。对于皮革成品,要区分真皮与人造革相对比较困难,特别是面积小、结构紧密、看不到里面的革制品。
2.1天然皮革和人造革手感目测区别
从外表来看,质地均匀性好的可能是人造皮革;而皮革的质地或多或少都有一些差异。再从毛孔分布及其形状;天然皮革孔多且深,而毛孔浅显垂直的可能是合成革修饰面革。另外,从横切面上看,天然革的横断面纤维有其自身特点,各层纤维粗细有变化。而合成革的纤维各层基本均一,表面一层呈膜状,无毛孔,见图1。
真皮手感非常有弹性,因真皮革是由不均匀的天然纤维组织构成,所以将皮革弯折会出现褶皱,并且弯折不同的部位,产生褶皱的粗细和多少也不尽相同。而合成革的弹性差,弯折回复性也较差。
2.2天然皮革和人造革气味不同
天然皮革有比较明显的毛皮味,而人造革无皮毛的味道[1]。
2.3天然皮革和人造革的燃烧性能不同
天然皮革在燃烧时会发出毛发烧焦的气味,而人造革,燃烧后火焰也较旺,收缩迅速,并有股很难闻的化学纤维的味道,冷却后会变成块状。
3几种天然皮革的区别
3.1表面形态
对于几种真皮皮革,猪皮革,表面粗糙、毛孔粗,手感较硬。牛皮革表面细致、光亮。绵羊皮革皮板轻薄,手感柔软光滑而细腻,无规则地分布均匀,呈扁圆形。山羊皮革的结构比绵羊皮革稍结实,山羊皮革粒面层较为粗糙,平滑度也不如绵羊皮革,手感比绵羊皮革也稍差[2]。
3.1.1羊皮革的表面形态
羊皮革几个毛孔形成一组,其皮质细腻、柔软,表面虽有光泽,但不象牛制品那样明亮。绵羊皮革表面较松、绵羊皮革的毛孔细小呈扁圆形,见图2-(a)。其毛孔呈横排状排列,分布比较均匀,手感柔软。山羊皮纤维紧密,表面细致,强度较好,耐磨性也较好。因为山羊毛皮有粗毛和绒毛两种,粗毛约80~110μm,绒毛非常细,在15μm左右。山羊皮革粗毛的毛孔以三根为一组呈现“一”字形或“品”字形排列,细毛孔也成组分布,山羊皮革毛孔一排排呈“瓦状”,见图2-(b)。山羊皮革现在可以做成好多不同风格的皮,判别时,羊皮革比猪皮革和牛皮革柔软得多,多用于制作皮衣和女包[2]。
3.1.2牛皮革的表面形态
牛皮革面毛孔较为细小,分布也比较均匀而且紧密,见图3。牛皮革皮面光亮平滑,质地丰满、细腻,质地坚实而富有弹性。如用力挤压皮面,有细小褶皱出现,牛皮质地较厚非常挺括。
3.1.3猪皮革的表面形态
猪皮革毛被稀疏猪,其革面毛孔圆而粗大,三个并列成一组,呈品字形排列,每组相隔较远,革面凹凸不平,见图4所示,这些现象肉眼即可看出,即使经过磨光处理,也可辨认得出。革面较牛皮革粗糙,手感硬实。
3.2横截面形态
真皮层分为乳头层和网状层,绵羊皮革乳头层和网状层的厚度大致相同,见图5-(a)。由于腺体数量很多,网状层的纤维比较细,纤维束方向较为一致,毛孔也较小,因此绵羊皮革的质地比较软,伸展性好,手感丰满,皮革的表面纹理清晰,但绵羊皮的强度较低。
山羊皮革的表皮较薄,其表面胶原纤维束极细小,编织非常紧密,见图5-(b)。真皮层乳头层比网状层厚。山羊皮革乳头层的纤维较细,其编织比较疏松。但其网状层纤维束编织也较紧密,从而使山羊皮革比绵羊皮革的紧实性好。与绵羊皮革相比较,山羊皮革的汗腺、脂腺、毛囊和肌肉组织等均较少,所以柔软程度不如绵羊皮革。
牛皮革乳头层的胶原纤维细小而且编织致密,见图5-(c)。其乳头层以下的胶原纤维束越来越粗,粗壮而编织紧密的胶原纤维束使牛皮革的强度高于其他皮革,手感坚实并且富有弹性。
猪皮革的毛被稀疏,猪毛针毛入皮较深,贯穿整个真皮层。猪皮乳头层胶原纤维束较细小且编织疏松,由于猪皮革毛孔比较粗大,故表面粗糙。与羊皮革相比较,猪皮革网状层胶原纤维的纤维束比较粗壮,因而其强度也比较高。
4天然毛皮和人造毛皮的鉴别
4.1手感目测
辨别是否是天然毛皮手感很重要,天然毛皮毛被柔软、自然、灵活,人造毛的毛被与天然毛皮的感觉不一样。毛与皮的连接处,若每个毛囊有大概3~4根毛,则是天然的可能性较大。如果有明显的经纬度感,而且都比较的整齐,则是人造毛皮。逆着光的方向看,天然毛皮有较硬的针毛,而且长短不一。天然毛皮的毛被下面是皮板,人造毛皮的绒毛下面是织物,但是一般做成服装等成品时就不容易看出,在显微镜下多呈现化学合成纤维的形态,比如腈纶。
4.2燃烧和气味
天然毛皮有其特有的“毛皮味”。天然毛皮属于蛋白质,用火点燃,会立即变成黑色的粉末,并有一股烧焦味[1]。而如果有燃烧化学合成纤维的味道则是人造毛皮。
5几种天然毛皮的鉴别
目前国内对于不同种类天然毛皮的鉴别方法主要有光学显微镜[3],扫描电子显微镜,近红外光谱法等[4]。
5.1羊毛皮
对于羊毛皮比较常见,其显微镜图片如图6所示,其表面鳞片多呈环状,每个鳞片形成一个环套,套在毛干周围,一个鳞片的根部由另一个鳞片梢部覆盖[5]。
5.2兔毛皮
兔毛皮的绒毛和粗毛基本都有髓质层,仅有极少部分的细毛无毛髓,其绒毛的毛髓呈断续状或单列梯状,粗毛的毛髓较宽,呈梯状,有双列、三列、四列,甚至更多[5],其显微镜图片如图7所示。兔毛皮纤维细长,光泽好,柔软蓬松,保暖性强,但纤维卷曲少,表面光滑。其中的獭兔毛皮色泽自然多样,且具有密、软、柔和、光亮、保暖、高贵、漂亮等优点,是国际市场上制作高档裘皮服装的理想材料。獭兔毛皮的特点是毛被平整、密实,毛的长度一般在2~3cm,且毛的长短、粗细基本一致,绒毛柔软、有弹性。
5.3狐狸毛皮
狐狸毛皮的特点,皮毛厚实,毛长而密,有绒毛及长长的毛针,保暖效果良好,手感亦柔滑,并带有自然光泽。其表面形态见图8,与兔毛皮稍微有点相像,也有髓质层,但是由图可以看出,其表面鳞片的边缘呈尖峰状,而兔毛皮此处比较圆滑。
5.4水貂毛皮
水貂毛皮有着“裘中之王”的美称,以华丽美观、保暖性强而被列为制作高档毛皮衣物的上好材料,也是各种毛皮中较为昂贵的一种,其表面形态如图9所示。水貂毛皮的特点是皮板薄、轻柔、结实,毛绒丰厚,毛被平整、厚实、有弹性,针毛密实、长短基本一致,色泽光润、亮丽,用手触摸有滑爽的感觉。
5.5貉子毛皮
貉子毛皮厚实,毛长,密,有绒毛及长长的毛针;保暖效果良好,手感亦柔滑,并带有自然光泽,其显微镜表面形态如图10所示。貉子毛皮的特点是绒毛较多,柔软,毛针比较多而长,其中以毛针越多越密的价格会越高。貉子毛也是高档品牌中装饰棉袄帽檐运用最多的。
天然皮革和毛皮有很好的弹性,防寒效果好并且透气性好,这充分体现了其价值所在,但是还有一点,我并不主张真皮至上。现在由于科学技术的提高,一些人造皮革的加工技术也在不断的改良,质量的也是越来越好,穿起来也是相当的舒服和耐用。
6结论
天然皮革和人造革、天然毛皮和人造毛皮可以通过手感目测,气味和燃烧性能等来区分;从表面形态的角度分析:人造革的表面有一层膜,无毛孔,与天然皮革不同,而几种天然皮革表面和横截面形态的形态也不尽相同,由人造毛皮表面显微镜图片可见其基本上是化学合成纤维较多,而几种天然毛皮形态各异的表面形态也可以对鉴别有所帮助。再者通过日常检测数据和图片的整理、总结,收集更多的结果以期可以建立可供鉴别参考的指纹图库。
参考文献
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[2]程凤侠,王学川,等.现代毛皮工艺学[M].北京:中国轻工业出版社,2013:9.
[3]FZ/T01057.3-2007,纺织纤维鉴别试验方法第3部分:显微镜法.
[4]王名宫.动物鞣制皮革与毛皮的种类鉴定[J].西部皮革,2012,(12):24-26.
皮革鉴别 篇5
关键词：材质鉴定,革制品,红外光谱,超景深光学显微镜,相似度
引言
天然皮革简称皮革,一般指从动物身上剥下的原皮经鞣制、整饰加工后制成具有一定强度的材料。人工革主要包括人造革、合成革、再生革等。其中再生革是将皮革的边角废料剥离成纤维,加入粘合剂等加工而成;人造革则指以织物为底基,在布基上涂饰以合成树脂为主的原料做面层,制成的外观类似皮革的复合材料;合成革则是模拟动物皮革的组成和结构,通常以经浸渍的无纺布作为底基,微孔PU作为面层。
随着技术的发展,人工革的外观、手感、物理结构及使用性能越来越接近天然皮革[1]。一些不法商贩为了寻求利益最大化,开始以价格低廉的皮革冒充高档皮革,甚至以人工革冒充天然皮革,这种市场上不断出现的以次充好、以假乱真等现象不仅损害了广大消费者的健康和利益,同时也扰乱了社会经济秩序,因此鉴别皮革的技术和手段一直是广大消费者和质检部门关注的焦点。
文献报道的皮革鉴别方法较多[2,3],如感官法[4]、化学分析法、红外光谱法、光学显微镜法[5,6]、扫描电镜法、DNA法[7,8]、蛋白质免疫法等。这些鉴别方法各有利弊,比如,化学方法只能鉴别真假皮革;红外光谱法无损样品,操作简单,但准确性极易受制革工艺的影响,不适用于真皮间的鉴别;DNA和蛋白质免疫的生物检测方法准确度高,但成本高,检验时间长,较难用于材质鉴别[7]。
目前,皮革的鉴别主要还是以传统的眼观、手摸、闻气味、滴水等方法为主,这些方法简单、便捷,具有较强的实用性。然而单凭手感和目测等经验判断,具有一定程度的主观性,结果不是十分可靠[4]。特别是近年来高仿真人造革的出现,在外观色泽手感上与真皮已难以区分,往往不容易辨别真假。为了提高皮革材质鉴定的准确性,皮革材质鉴别应是多种方法的组合[9],通常是在感官鉴定的基础上,结合其它方法进行鉴别。
本文运用红外光谱和超景深光学显微镜对皮革样品的材质进行鉴别研究,建立了一种“两步法”鉴别皮革材质的方法。首先在规定条件下建立皮革的标准红外光谱库,并采用红外光谱仪对样品进行红外光谱检测,通过与标准红外光谱库中谱图相似度的对比,对样品的材质进行分析研究;其次采用超景深光学显微镜观察样品的粒面和截面,通过分析比较样品粒面和截面的特征,进一步鉴别和确定样品的材质。
1 试验部分
1.1 主要仪器与材料
Spectrum Two傅立叶变换红外光谱仪,美国Perkin Elmer公司;
VHX-700F超景深光学显微镜,日本基恩士公司;
手术刀片;皮革试样。
1.2 样品测试
1.2.1 红外光谱测试
从样品上剪切适当大小的试样,在湿度(65±5)%、温度(20±2)℃的环境中放置24h进行水分含量的调节。用手术刀片去除试样涂层,并设定红外扫描次数为16,分辨率为4,纵坐标为透过率,扫描波数范围为400~4 000cm-1,选择自动扣除H2O和CO2背景,在环境湿度为(65±5)%、温度为(20±2)℃的条件下,采用红外光谱仪扫描背景后,对准备好的试样进行红外扫描。
1.2.2 超景深光学显微镜观察
显微镜法判定皮革材质的国际标准ISO 17131-2012[10]是切取相互垂直的2个截面样,将其置于扫描电镜或光学显微镜下,与典型样品或已知参考样品图片进行材料结构的分析比较,并在合适的放大倍数下辨别典型皮纤维结构,从而确定未知样品的材质。本方法的取样过程参照了此国际标准,并进行了改进,具体如下:从样品上切取1cm×1cm大小的试样,制得皮革粒面样;在样品上用手术刀片垂直粒面方向切取2个相互垂直,厚度为1~2mm的皮革截面样1和截面样2。将制得的皮革粒面样、皮革截面样1和皮革截面样2依次置于超景深光学显微镜载物台上,采用侧光,调节放大倍数至适度,观察并寻找皮革粒面特征和截面组织学特征,使用高品质深度合成分别拍摄显微图像。
2 结果与讨论
2.1 红外光谱分析
2.1.1 皮革材质红外标准谱库的建立
收集了中国、澳大利亚、美国等不同国家和地区的猪、牛、羊等天然皮革半成品、成品以及一些人工革样品,进行红外光谱扫描,共获得约400个天然皮革和40多个人工革的红外光谱图。采用红外光谱扫描软件自带的相关性对比功能,比对分析所有的红外光谱图,为避免谱库中谱图的重复,只将相似度在95%以下的样品图谱放入自建标准谱库中(约100张图谱)。
2.1.2 皮革样品的红外光谱分析
常见牛皮、羊皮、猪皮的红外谱图如图1-图3所示。通过分析比较常见天然皮革的红外谱图可知,天然皮革的红外光谱图呈现比较相似的特征。一般在3 300cm-1附近出现—NH2的伸缩振动特征吸收峰,2 925cm-1和2 850cm-1处出现—CH2—的不对称伸缩振动和对称伸缩振动吸收峰,1640cm-1附近出现羧基中羰基伸缩振动吸收峰,吸收峰较强,为酰胺Ⅰ带,1550cm-1处出现—CN—伸缩振动和—NH2弯曲振动吸收峰,为酰胺Ⅱ带。红外光谱的相关性对比也发现,牛皮、羊皮、猪皮的相似度一般在60%以上。因此通过红外光谱的相似度无法鉴别天然皮革的种类。
再生革作为一种特殊的人工革,有时称之为还原皮革,一般是用皮革的下脚料、废弃料进行加工,剥离成纤维,然后加入粘合剂和有关配合剂,经过制浆、成形、干燥等工序压制而成,其红外谱图如图4所示。由于再生革的主要原料是动物皮屑,动物胶原纤维占主要成分,因此其红外谱图与动物皮十分相似,相似度一般在55%以上。
常见人造革、合成革的红外图谱如图5、图6所示。人造革和合成革一般采用聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)等合成材料制备,PVC人工革含有较多的酯类增塑剂,红外显示酯类物质特征,与PU人工革的红外出峰有部分重合,但两者的出峰位置和出峰强度存在一些差异。PVC人工革间的相似度一般在80%以上,而PVC人工革与PU人工革的相似度一般在20%以下,PVC与PU混合的人工革与单独PVC或PU人工革的相似度与人工革中PVC和PU的比例有关。因此通过相似度比较无法确定所用聚合材料的种类。
然而,人造革(或合成革)的红外光谱与天然皮革存在较大差异。与天然皮革相比,人造革(或合成革)一般在1 700cm-1处出现羰基的伸缩振动吸收峰,1 250cm-1处出现—CO—伸缩振动吸收峰。1 066cm-1附近出现PVC人工革的C—C伸缩振动吸收峰或聚醚型PU人工革的醚键吸收峰。谱图的相关性对比也表明,人造革(或合成革)与天然皮革之间有很大差异,相似度一般小于30%。
综上,天然皮革与再生革的红外谱图之间差异较小,而天然皮革或再生革与人造革或合成革的红外谱图存在明显区别,因此可以通过样品红外光谱图相似度的分析鉴别出动物纤维与合成纤维。
2.2 超景深光学显微镜的观察结果
成品皮革试样表面是不平整的,一般光学显微镜很难得到清晰的图片,超景深三维显微系统可以将不在同一焦平面的物体进行快速深度合成,从而获取全幅对焦的数字图像。
2.2.1 常见天然皮革的光学显微镜图谱
图7(a)和图7(b)分别为黄牛皮粒面和截面的光学显微镜照片。黄牛皮表面乳突平缓,粒面细腻、平整,表面毛孔细圆而直,毛孔密而均匀,毛孔陷入不深,呈不规则分布。具有组织学特征的黄牛皮截面分为乳头层和网状层,乳头层所占比例小,厚度在450~600μm之间,乳头层含有去除毛囊、汗腺、脂腺后留下的空洞;网状层胶原纤维最粗壮,编织不如乳头层紧密,纤维直径在100~200μm之间;乳头层和网状层的纤维束粗细差别十分明显。
图7(c)和图7(d)分别为山羊皮粒面和截面的光学显微镜照片。山羊皮面略粗,毛孔细小呈扁圆形,几个毛孔组成一组,每组毛孔有粗细之分,且以鱼鳞状排列。具有组织学特征的山羊皮截面乳头层较厚,约占真皮层厚度的50%~70%,大约在400~650μm之间,乳头层的胶原纤维束细小,乳头层上层的胶原纤维束极其细小,编织非常紧密;真皮层胶原纤维的走向平行于背脊线,纤维粗细在30~50μm之间。
图7(e)和图7(f)分别为猪皮粒面和截面的光学显微镜照片。猪皮毛孔圆而粗大,倾斜伸入革内,明显地3点组成一小撮,呈品字形排列,革粗糙且凹凸不平。具有组织学特征的猪皮截面没有乳头层和网状层之分,胶原纤维编织很紧密,纤维粗细在40~100μm之间,毛根两侧的脂肪锥可深入皮层的二分之一。
各种天然皮革的粒面和截面均有自身的特征。比如,猪皮粒面毛孔成典型的品字形排列,山羊皮粒面毛孔呈现鱼鳞状排列;猪皮没有乳头层和网状层之分,黄牛皮和山羊皮截面分为乳头层和网状层,黄牛皮乳头层所占比例小,而山羊皮乳头层较厚;与山羊皮和猪皮相比,黄牛皮网状层纤维粗壮。因此,通过分析天然皮革的粒面和截面显微镜照片可以区分不同种类的皮革。
2.2.2 再生革的光学显微镜图谱
图8为再生革截面的光学显微镜照片。由于再生革并非天然皮革,是将皮革废料通过粘合再加工而成,因此皮革表面没有类似天然皮革那样的粒面。再生革截面没有乳头层和网状层。虽然是动物纤维,但断面形态完全不同,没有胶原纤维编织的结构,是短纤维的堆砌。因此,通过显微镜照片能够区分再生革与天然皮革。
2.2.3 人造革与合成革的光学显微镜图谱
图9(a)为人造革截面的光学显微镜照片。由于人造革不属于天然皮革,因此试样没有粒面。人造革截面主要由合成纤维组成,纤维结构呈现多孔编织形态,分布很均匀,在底部可以看到经纬交织的纺织品布基。
图9(b)为合成革截面的光学显微镜照片。由于合成革也不属于天然皮革,因此试样也没有粒面。合成革截面纤维的形貌及其排布方式与天然皮革有明显的差异,主要成分是一些高分子聚合材料,多孔发泡材料和人造纤维填充物特征很明显。
综上,天然皮革与人工革的微观形貌差异明显。因此,在对样品纤维组成初步确定的基础上,通过超景深光学显微镜的观察与分析,样品的材质可以得到进一步的鉴别和验证。
2.3 检测方法的建立
通过对各类天然皮革和人工革的红外光谱和超景深光学显微镜分析,得到了一种“两步法”皮革材质鉴别方法。具体如下:
(1)建立规定条件下的标准材质红外谱库。收集不同国家和地区的猪、牛、羊等天然皮革半成品、成品以及人工革样品,对准备好的试样进行红外光谱扫描,获得试样的红外谱图。采用红外光谱扫描软件自带的相关性对比功能,比对分析所有红外光谱图,将相似度在95%以下的图谱存入自建标准谱库。
(2)判断样品的纤维类别。对未知试样进行红外光谱扫描,利用红外光谱扫描软件自带的相关性对比功能,与自建标准谱库中的图谱进行匹配,初步确定试样纤维类别。
(3)显微镜确定样品材质。将未知试样置于超景深光学显微镜下观察,使用高品质深度合成试样表面和横截面的显微图像,分析比较试样的粒面特征以及截面纤维编织情况、纤维束粗细等,进而确定样品材质。
这种“两步法”皮革材质鉴别方法克服了单一皮革材质检测方法所具有的缺陷,无需购买昂贵的扫描电镜,制样和操作简单、方便,能够快速鉴别皮革材质,具有一定的实用性和可操作性。
3 结论
通过皮革样品红外光谱图的相似度分析和样品表面与截面的超景深光学显微镜照片研究,建立了一种红外光谱-超景深光学显微镜“两步法”鉴别皮革材质的方法。该方法克服了单一皮革材质检测方法的缺陷,制样和操作简单、方便,能够快速鉴别皮革材质。然而,该方法还需进一步的研究和完善以提高其可靠性。
参考文献
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皮革鉴别 篇6
目前国内外可用于皮革鉴定的标准只有ISO17131和广东省地方标准DB 44/T 1358两项[1,2],前者主要通过显微镜观察分析材料的结构来实现皮革制品的材质鉴定,仅适用于区分天然皮革与人造革。后者是目前国内唯一适用于多种动物皮革的鉴别标准,提供的是一种典型的感观检验鉴别方法,高度依赖检验者的经验和主观判断,结果的准确性和重现性难以保证。多年来,研究人员不断研究探索天然皮革的鉴别方法,旨在建立以客观数据为支撑的鉴别方法,克服感观鉴别的缺陷,近十年来研究建立的代表性方法主要有化学鉴别法[3,4]、扫描电镜法[5]、红外光谱分析法[6,7]和DNA鉴别法[8,9]等,但化学鉴别法、扫描电镜和红外光谱分析法的适用范围仍局限于区分人造革和天然皮革,无法鉴别具体是何种动物皮革,DNA鉴别法是到目前为止基础原理最为充分、结论最具说服力的一种鉴别方法,但操作难度大,成本高,在实际工作中难以推广应用,可见天然皮革的鉴别仍是困扰皮革行业的技术难题。
近红外光谱分析技术是利用有机分子某些官能团扭曲、拉伸等振动的谐波及其组合带吸收与待测样品之间通过化学计量学的多元校正方法。它依靠样品间光谱信息的细微差别来对样品进行定性定量分析,是一种间接分析技术,其首先利用常规手段获得所选校正集样品的基本数据,再运用化学计量学方法建立校正模型,最终实现对未知样品的定性定量分析。该技术具有成本低、效率高、操作简单、不破坏样品、无环境污染等优点,因而得到了广泛的应用[10,11]。近年来,已有研究人员应用近红外光谱技术对羊毛和羊绒进行了鉴别,获得了满意的结果[12,13,14]。本文以天然皮革中最常见的牛皮革和绵羊皮革为研究对象,建立了1个利用近红外光谱技术进行定性鉴别的方法,并对市售牛皮革和绵羊皮革进行了鉴别,结果表明,该方法可以快速鉴别牛皮革和绵羊皮革。
1 实验部分
1.1 实验仪器
采用Focused Photonics Inc公司的Sup NIR-1500型聚光世达近红外分析仪,扫描波长范围为1000~1800 nm,工作温度为25℃,环境湿度为60%,收集信息点的标准光谱间隔为1nm,共收集800个信息点;数据分析软件为NIR-1520。
1.2 实验样品
所有测试样品均购自市场,材质分别为牛皮革和绵羊皮革,大部分样品产地为河北、山西和内蒙古自治区,少部分样品自非洲和欧盟进口。
1.3 光谱采集
将探头直接压实在待测样品肉面上采集样品的近红外光谱,待测样品必须有足够的厚度,足以保证无光线透过。
2 结果与讨论
2.1 近红外光谱特征
图1给出了绵羊皮革和牛皮革的近红外光谱图。从图1可以看出,牛皮革和绵羊皮革的近红外光谱形状有一定差别,但吸收峰位置基本一致,其中出现在1736 nm处的吸收峰为S—H伸缩振动的一级倍频吸收,出现在1380~1640 nm范围的吸收包是N—H伸缩振动的一级倍频吸收,O—H伸缩振动的一级倍频吸收也出现在这吸收包内。近红外光谱中牛皮革和绵羊皮革的吸收峰位置基本一致,说明两者在结构组分上有很多相似之处。
皮革表面通常有涂饰层,涂饰层会干扰皮革本身近红外光谱的测定,导致所测得的近红外光谱失真。这时需要采用适当手段去除涂饰层,才能获得皮革本身的近红外光谱。可用蘸有乙醇的软布轻轻擦拭皮革表面,除去涂饰层。图2b是表面涂饰的绵羊皮革的近红外光谱,图2a则是除去表面涂饰层后绵羊皮革的近红外光谱。从图2可以清楚地看出,是否有表面涂饰层时,绵羊皮革的近红外光谱相差极大。考虑到皮革有正面和肉面之分,皮革涂饰均在正面,肉面不进行涂饰,进一步测定羊皮肉面的近红外光谱。结果发现,它与除去涂饰层后羊皮正面的近红外光谱基本一致。为此,对于所有皮革样品,均测定其肉面的近红外光谱。
a:除去涂饰层后;b:有涂饰层
大部分皮革均进行过染色处理,部分皮革颜色较深,部分皮革颜色较浅,染料也可能会干扰皮革本身近红外光谱的测定。图3a是深蓝色牛皮革的近红外光谱,图3b是浅色牛皮革的近红外光谱。对比图3a和图3b,可以发现,其主要谱峰基本一致,但深蓝色染色牛皮革的近红外谱图在1120 nm处有一个吸收峰,而浅色牛皮革则没有。此外,1730 nm处谱峰形状也有一定差异。
a:深蓝色牛皮革;b:浅色牛皮革
2.2 主因子-F值聚类判别
采用主因子分析对原始光谱数据进行处理,分别得到各样品的F值。同一类别的样品,其F值应在一定范围内。不同类别的样品,其F值范围应有较大差异。对于未知样品,可根据其F值判断其所属类别。
利用Sup NIR-1520定性鉴别软件来建立定性鉴别模型。首先建立1个校正集,校正集包括153个绵羊皮革样品和181个牛皮革样品。牛皮革和绵羊皮革的近红外光谱谱峰位置基本一致,直接通过谱图很难进行鉴别,需要对原始谱图进行合理的处理,从而减弱甚至消除各种非目标因素对光谱信息的影响,为建立可靠的校正模型奠定基础。分别建立牛皮革和绵羊皮革的校正模型,对原始谱图分别进行标准正态变量变换(SNV)、去趋势校正(DT)、SavitzkyGolay平滑(窗口参数为7、拟合次数为2)和SavitzkyGolay导数(窗口参数为7、拟合次数为2、求导次数为1)处理。图4是牛皮革校正模型的分析图形,它给出了校正集中所有牛皮革的近红外谱图及经预处理后的值。从图4可以看出,绝大部分的谱图基本一致,但有少数谱图差别较大。经查阅原始谱图,发现这部分谱图均是深颜色牛皮革样品的近红外光谱图。利用Sup NIR-1520定性鉴别软件对经预处理的谱图进行计算,计算波长范围为1100~1780 nm,取点间隔为8 nm,计算波长点数为681个,F阈值为2.5,在此条件下计算出主因子数,如图5所示。当使用的主因子数分别为1、2、3时,分别反映校正集88.3%、94.5%、96.5%的信息量。可见,当主因子数为2时,足以反映校正集的信息,同时该数值也是软件计算结果推荐使用的主因子数。使用该主因子数计算校正集中各牛皮革样品的F值,结果发现部分牛皮革样品的F值大于2.5。查阅原始谱图,结果发现这部分样品均是深色牛皮革样品,这部分样品作为异常样品被剔除。剔除异常样品后,重新计算主因子数,结果表明推荐使用的主因子数仍然是2。
为验证所建立的校正模型的准确性,建立了1个验证集,在主因子数为2的条件下,计算验证集中各样品的F值。该验证集包括55个绵羊皮革样品和77个牛皮革样品,由于前述实验已经证明深色皮革样品和皮革涂饰层会导致判断不准,验证集中所有皮革样品均为未染色或浅色皮革,且测定的均是皮革肉面。表1给出了验证集各样品的F值,其中牛皮革的F值均小于2.5,绵羊皮革的F值均大于2.5,可见该校正模型能鉴别未染色或浅色牛皮革和绵羊皮革。
采用该校正模型对43个市售皮革样品进行鉴定,其中浅色或未染色牛皮革样品25个,深色牛皮革样品7个,浅色或未染色绵羊皮革样品11个,实验结果表明,未染色或浅色的牛皮革和绵羊皮革样品全部判断正确;7个深色牛皮革样品的F值分别为5.7274、9.4314、3.3945、7.1265、4.5746、2.8986、2.3825,除1个判断为牛皮革外,其余6个深色牛皮革均判断错误。可见,该定性鉴别模型能准确鉴别未染色或浅色的牛皮革和绵羊皮革,但不适用于深色皮革的鉴别。
2.3 方法的局限性
近红外光谱定性鉴别有赖于光谱的重复性,且要求未知样品和校正集样品的处理方式和采集光谱过程完全一致,这样才能保证分析的准确性[15],它存在下述局限性:
(1)不同类别的样品的谱图差别不够大时,其F值不能完全分开,导致误判。
(2)校正集样品数量或变化范围不够时,校正集不同类别样品的变化没有足够的代表性,其F值不能完全区分开,导致误判。
(3)不能鉴别微量样品。
(4)校正集要求采集足够数量且符合要求的已知样品的近红外谱图,收集大量样品并采集近红外光谱需耗费大量时间,虽然建立校正模型后可以快速、简单地鉴别未知样品,但只能鉴别出未知样品是否属于校正集给出的样品类别。
3 结论
利用主因子-F值聚类判别分析方法建立了1个定性鉴别牛皮革和绵羊皮革的方法,建立的定性鉴别模型预测性能较好,验证正确率达100%。该方法简单快速,定性准确,不破坏样品,不使用化学溶剂,绿色环保,为开发一种高效可靠的牛皮革、绵羊皮革无损鉴别手段奠定了基础,但该方法只适合鉴别未染色或浅色牛皮和绵羊皮革,而不适用于深色皮革。
摘要：利用近红外光谱技术,以不同产地的牛皮革、绵羊皮革为研究对象,结合主因子-F值聚类判别分析法,分别建立了牛皮革和绵羊皮革的定性鉴别模型。对模型的验证结果表明,定性鉴别模型能够准确地鉴别出未染色或浅色的牛皮革和绵羊皮革,说明可利用近红外光谱技术快速鉴别牛皮革和绵羊皮革。