10種動物毛纖維的主要鑒別方法研究

李 菁，吳子嬰，張陽陽，胡新波，卞慶松

（1.浙江理工大學材料與紡織學院，杭州310018；2.杭州市動物園，杭州310008）

10種動物毛纖維的主要鑒別方法研究

李 菁1，吳子嬰1，張陽陽1，胡新波2，卞慶松2

（1.浙江理工大學材料與紡織學院，杭州310018；2.杭州市動物園，杭州310008）

使用光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）、傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）對細羊毛、牦牛絨等10種動物毛纖維進行的檢測分析。結果表明，10種動物毛纖維的橫截面形態、大小、有髓纖維的髓腔大小都有較大的差別，并可以按照樣本所屬種類進行初步分類；縱向的鱗片形態各有特征；FI-IR的圖譜有一定差異，主要表現在酰胺Ⅲ帶的形態以及酰胺Ⅱ帶與酰胺Ⅰ帶的峰高比值。文章運用多種形式的測試手段提高動物毛纖維判別的準確性，為動物毛纖維的鑒別提供了一個參考依據。

毛纖維；羊絨；牦牛絨；動物毛；纖維鑒別

0 引 言

毛纖維是哺乳動物所特有的，毛纖維是細而長的實心圓柱體。毛的最外層均為無核角化透明的扁平細胞有規律地排列構成，稱為鱗片層。構成該層的鱗片狀細胞，由于各種動物親緣關系的異同出現形態和排列的差異。但是毛纖維鱗片形態和排列相對復雜，同種動物不同個體、同個個體不同部位、同根毛纖維的毛尖到毛根的鱗片都有一定異同。

可用于紡織用的天然動物毛種類很多，主要有綿羊毛、山羊絨、馬海毛、駱駝絨、牦牛毛等。毛纖維是紡織工業的重要原料，它有許多優良的特性，如彈性好、吸濕性好、保暖性好、不易沾污、光澤柔和等［1］。毛纖維應用的歷史可以追溯到原始社會，但那時只是將狩獵到的動物毛直接或經過簡單的加工，用于防寒遮體。隨著經驗的不斷積累，人類逐漸學會將取下的毛皮進行簡單的紡織。其中，我國先秦史料中有較多的記載。例如，在《周禮·天宮·掌皮》中就提到“共其毳為氈”。

多年來，對動物毛纖維的分析和鑒別有了許多的研究成果，但是大都采用了單一的分析測試手段。如王宏博等在2008年的研究，通過光學顯微鏡對毛纖維的橫截面及縱向觀察，對鑒別裘皮動物纖維具有可行性［2］；早在1920年美國的Hausman等報道了獸類動物皮毛的結構特點，首次指出毛的形態結構的種間差異性及分類學意義，現在已有很多研究者對動物毛的掃描電鏡進行分析研究；郭海濤等［3］2011年的研究表明，紅外光譜是野生動物毛發分析和檢測的一種有效手段。

鑒于每種測試方法都存在一定的局限性，本文采取多種實驗方法對多種動物毛纖維進行檢測。對實驗結果進行綜合評判，探討鑒別動物物種的方法。

1 材料和方法

1.1 儀器設備

CQ5O超聲波清洗器（上海超聲波儀器廠）；Nicolet 5700型FTIR傅里葉紅外光譜儀（美國Nicolet公司）；TM3000型掃描電子顯微鏡（日立公司）；ZEISS偏光顯微鏡Axio Scope A1（蔡司公司）。

1.2 樣本采集及處理

細羊毛、牦牛絨由廣東溢達紡織有限公司提供；駱駝、羊駝、狐貍、金貓、東北虎、狼、白虎、金錢豹毛纖維由杭州動物園提供。

動物在飼養過程中，毛發上會附著皮脂腺分泌物、雜草、灰塵等污染物，故對8種從動物園取回的樣品，進行了消毒和脫脂處理。具體方法如下：將樣品分別放入100 m L75%乙醇的燒杯中浸泡5 min，再放入超聲波清洗器中處理10 min，取出樣品自然晾干，即完成消毒。將消毒后的樣品放入裝有100 mL乙醇∶乙醚比例為1∶1的燒杯中，用超聲波清洗儀處理10 min，完成脫脂處理。最后將樣品浸沒在無水乙醇中，放入超聲波清洗器中處理2 min，取出自然干燥3 h。

1.3 樣本測試

毛纖維在動物皮膚上是成簇生長的，在一小簇纖維中有一根直徑比較大、毛囊比較深的叫做導向毛，圍繞著導向毛生長的比較細的幾根或幾十根纖維，叫做簇生毛［4］。在動物園取回的8種樣品中可以明顯觀察到導向毛和簇生毛的區分。由于樣品量較少，其中的導向毛更為稀少，故本文中只選用較細的簇生毛作為實驗樣品。1.3.1 利用光學顯微鏡觀察毛纖維的橫截面及毛髓

用手把纖維排成一束，并盡量拉直，選取中段位置包埋在哈氏切片器中，選用黏膠纖維包裹樣品制作切片。通過橫截面的觀察得知，除細羊毛和牦牛絨以外，其余8種樣品均有髓腔存在。將有髓腔的纖維縱向放在載玻片上，在顯微鏡下觀察到毛干中部的髓腔粗細比較均勻，故選取樣品中部進行比較。1.3.2 利用掃描電子顯微鏡觀察毛纖維鱗片

將纖維貼在金屬板上，利用離子濺射儀對樣品鍍金后，在日立TM3000型掃描電子顯微鏡下觀察樣品表面鱗片并拍照。

1.3.3 紅外光譜對毛纖維的測試

將毛纖維直接放在鍺晶體上，用OMNIC采樣器固定壓緊樣品測其紅外光譜，掃描波數范圍400～4 000 cm-1，掃描次數為64次，獲得紅外光譜圖。

2 結果與討論

2.1 毛纖維的橫截面形態結構

圖1為500倍下各種毛纖維的橫截面光學顯微鏡圖。

圖1 毛纖維的橫截面光學顯微鏡圖（500×）

通過對圖1的觀察，可以看出毛纖維的橫截面有較大差異。1-細羊毛與2-牦牛絨為實心纖維，不存在毛髓，其余8種樣品都有髓腔，且5-赤狐、8-狼和9-白虎的髓腔占樣品橫截面的比例較大。2-牦牛絨、4-羊駝、6-金貓和7-東北虎的橫截面出現部分深色點，據相關文獻記載［3］，黑點為不規則形狀的色素分散沉積，4-羊駝為黑色樣品，故橫截面出現大量黑點，其余7種樣品的橫截面平整光潔。10種樣品的橫截面均為圓形或為接近圓的橢圓形，其中6-金貓為狹長的橢圓截面。

由表1可以更加直觀地看出10種樣品的橫截面的差異性?？梢愿鶕颖舅鶎俚膭游锓N類將橫截面形態初步分類。（1）同為洞角科的1-細羊毛與2-牦牛絨的橫截面形態相似，都為圓形或橢圓形無髓截面，但1-細羊毛的橫截面面積較大。（2）同屬駱駝科的3-駱駝、4-羊駝橫截面相似，都為圓形或橢圓形有髓截面，皮質層較厚，髓腔占橫截面的比例在5%～6%之間。（3）同屬犬科的5-赤狐和8-狼的橫截面都為髓腔大皮質層較薄，髓腔占橫截面的比例在15%～20%之間。（4）其余的4種樣品同屬貓科，為圓形或橢圓形橫截面，除6-金貓以外，其余3種樣品髓腔占橫截面的比例遠大于駱駝科樣品，約為9%～13%，但6-金貓的橫截面為較扁平的橢圓，即橢圓的離心率較大。

表1 毛纖維的橫截面分析

2.2 毛纖維的髓腔形態結構

由于1-細羊毛和2-牦牛絨無髓腔，故對其他8種纖維進行500倍下的縱向光學顯微鏡觀察，結果見圖2。

圖2 毛纖維的縱向光學顯微鏡圖（500×）

由圖2得出毛髓樣品的髓腔均成連續狀，偶有出現粗細不均勻，斷斷續續的現象。其中樣品5-赤狐、6-金貓的髓腔特殊，呈算盤珠形單列排列，其余6種樣品的髓腔都為單排直條狀排列。

2.3 毛纖維的縱向鱗片結構

圖3為2 000倍下毛纖維的掃描電鏡圖。

有相關文獻表明［5］，同一個樣本的取毛位置不同會導致樣品的鱗片結構和排列不同，即一個個體身上有多種鱗片形態的毛。并且同一根毛的毛尖到毛尾的鱗片形態也會有差異。本文所測試的樣品取樣部位隨機且樣本量較少，為避免或減少各種外因的干擾和影響，客觀、真實地反應樣品的差異性，分析檢測用的樣品盡量作了統一選取。即選取細毛的中段位置。

從毛纖維的掃描電鏡照片（圖3）可見，鱗片的形態、薄厚、排列情況都有較大的差別。1-細羊毛鱗片呈典型環狀，2-牦牛絨鱗片呈不規則環狀，3-駱駝毛鱗片呈瓦片狀，4-羊駝毛和9-東北虎鱗片呈雜波型鑲嵌狀，5-赤狐細毛鱗片為斜條狀，6-金貓鱗片為頂端尖銳的斜條狀，7-東北虎為較扁平的環狀，8-狼和10-金錢豹鱗片為含斜條狀的瓦片型。

圖3 毛纖維的掃描電鏡圖（2 000×）

2.4 毛纖維的FT-IR圖譜

圖4為毛纖維的紅外圖譜。由圖4可以看出，5種樣品的紅外圖譜在400～1 800 cm-1范圍存在一定差異。1 076 cm-1附近出現一個吸收峰，為 ==C S伸縮振動峰，其中樣品2、5、6、7、9的峰強較強，其余5個樣品在此處峰強較弱。在1 232 cm-1處有C-N伸縮振動峰（酰胺Ⅲ帶），2-牦牛絨的峰底較寬，其余樣品在此處的峰都為小而尖銳的。

圖4 毛纖維的紅外光譜

選取1 700～2 700 cm-1范圍內較平直的圖譜作為基線，測量出1689.0 cm-1（酰胺Ⅰ帶）、1531.5 cm-1（酰胺Ⅱ帶）的峰高，求兩者的峰高比值得到圖5?？梢杂^察到，樣品2的峰高比值小于70%，約為68%；樣品5、7的峰高比值在70%～75%之間，約為72%；樣品1、3、4、8的峰高比值較為接近，在75%～76%之間；樣品9、10的峰高約為78%；樣品5的峰高比值最大，約為80%。

3 結 論

圖5 紅外光譜中酰胺Ⅱ帶與酰胺Ⅰ帶的峰高比值

毛的生長是連續不斷的過程，這造成毛纖維形態的復雜多樣性。但仍可以應用多種測試手段進行綜合鑒別分析。實驗結果表明：

a）各種樣品的橫截面在形狀、大小、有無髓腔以及髓腔與橫截面面積比值四個方面有較大的差異，可以作為判斷動物毛所屬種類的初步判斷依據。

b）對其中8種有髓樣品進行了髓質層的觀察。5-赤狐和6-金貓的髓質層為算盤珠型連續分布，其余8種樣品的髓質層都為窄條狀連續分布。10個樣品的髓腔均有斷斷續續、不均勻的情況出現。

c）采用掃描電鏡下對各種樣品的縱向鱗片進行了觀察，發現樣品的鱗片形狀及排列方式有較大差異。

d）樣品所得的紅外圖譜存在一定差異。在1 232 cm-1左右（酰胺Ⅲ帶）、1 076 cm-1左右（==C S伸縮振動峰），不同樣品的峰值以及峰面積存在差異。不同樣品的酰胺Ⅱ帶與酰胺Ⅰ帶的峰高比值有較大不同。

［1］于偉東.紡織材料學［M］.北京：紡織工業出版社，2006：19-21.

［2］王宏博，高雅琴.應用光學顯微鏡鑒別裘皮毛纖維可行性研究［J］.特產研究，2008（2）：17-21.

［3］郭海濤，薛曉明，侯森林.紅外光譜分析在野生動物毛發鑒定中的應用［J］.江蘇農業科學，2011，39（6）：495-497.

［4］陜西工業大學紡織材料教研室.毛纖維材料學［M］.北京：紡織工業出版社，1960：11-40.

［5］張 偉.芻議毛的鱗片類型與哺乳動物識別的關系［J］.東北林業大學學報，1994，22（3）：121-123.

［6］郭 祥，王柏華，胡志宇，等.特種動物絨毛有髓纖維比例研究［J］.毛紡科技，2011，39（12）：49-51.

［7］金 嵬，張啟淵.幾種貓科動物毛的顯微形態學特征及比較鑒別［J］.動物分類學報，2003，28（3）：397-401.

［8］林建新.犬科動物針毛就夠的掃描電鏡觀察［J］.四川動物，2010，（29）3：422-423.

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Study on Methods to Identify 10 AnimaI Fibers

LI Jing1，WU Zi-ying1，ZHANGYang-yang1，HU Xin-bo2，BIAN Qing-song2
（1.School of Materials and Textiles，Zhejiang Sci-Tech University，Hangzhou 310018，China；2.Hangzhou Zoo，Hangzhou 310008，China）

Optical microscope，scanning electron microscope and FT-IR are used to test and analyze 10 animal hair fibers including fine wool and yak hair.The results show that there are large differences in cross-sectional shape，size and medulla space size of the fiber with marrow of 10 samples.The samples can be preliminarily classified according to animals'genera.Longitudinal scale shapes has different characteristics.There are also certain differences in FI-IR spectrum，such as the shape of the AmideⅢand the peak height ratio of AmideⅡand AmideⅠ.This paper applies various testing methods to improve the accuracy of distinguishing animal fibers and provides reference for identifying animal fibers.

animal hair fiber；wools；yak hair；fibers test

TS102.3

A

（責任編輯：許惠兒）

1673-3851（2014）02-0138-05

2013-07-03

國家科技部國家科技支撐計劃項目（2013BAH58F01）

李 菁（1989-），女，新疆烏魯木齊人，碩士研究生，主要從事紡織品保護技術及應用方向的研究。

吳子嬰，E-mail：hzwzy2004@sina.com