10种动物毛纤维的主要鉴别方法研究yd17401
李菁1，吴子婴1，张阳阳1，胡新波2，卞庆松2 1、浙江大学材料与纺织学院，杭州310018；2.杭州市动物园，杭州310008)
收稿日期：2013-07-03
基金项目：国家科技部国家科技支撑计划项目(2013BAH58F01)
作者简介：李菁(1989-)，女，新疆乌鲁木齐人，硕士研究生，主要从事纺织品保护技术及应用方向的研究。
通信作者：吴子婴，E-mail：hzwzy2004@sina.tom
原载：浙江理工大学学报(自然科学版)，2014/3；138-142
【摘要】使用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对细羊毛、牦牛绒等1O种动物毛纤维进行的检测分析。结果表明，10种动物毛纤维的横截面形态、大小、有髓纤维的髓腔大小都有较大的差别，并可以按照样本所属种类进行初步分类；纵向的鳞片形态各有特征；FT-IR的图谱有一定差异，主要表现在酰胺Ⅲ带的形态以及酰胺Ⅱ带与酰胺I带的峰高比值。文章运用多种形式的测试手段提高动物毛纤维判别的准确性，为动物毛纤维的鉴别提供了一个参考依据。
【关键词】毛纤维；羊绒；牦牛绒；动物毛；纤维鉴别
【中图分类号】TS102.3 文献标志码：A 文章编号：1673-3851(2014)02-0138-05
0 引言
毛纤维是哺乳动物所特有的，毛纤维是细而长的实心圆柱体。毛的最外层均为无核角化透明的扁平细胞有规律地排列构成，称为鳞片层。构成该层的鳞片状细胞，由于各种动物亲缘关系的异同出现形态和排列的差异。但是毛纤维鳞片形态和排列相对复杂，同种动物不同个体、同个个体不同部位、同根毛纤维的毛尖到毛根的鳞片都有一定异同。
可用于纺织用的天然动物毛种类很多，主要有绵羊毛、山羊绒、马海毛、骆驼绒、牦牛毛等。毛纤维是纺织工业的重要原料，它有许多优良的特性，如弹性好、吸湿性好、保暖性好、不易沾污、光泽柔和等[1]。毛纤维应用的历史可以追溯到原始社会，但那时只是将狩猎到的动物毛直接或经过简单的加工，用于防寒遮体。随着经验的不断积累，人类逐渐学会将取下的毛皮进行简单的纺织。其中，我国先秦史料中有较多的记载。例如，在《周礼·天宫·掌皮》中就提到“共其毳为毡”。
多年来，对动物毛纤维的分析和鉴别有了许多的研究成果，但是大都采用了单一的分析测试手段。如王宏博等在2008年的研究，通过光学显微镜对毛纤维的横截面及纵向观察，对鉴别裘皮动物纤维具有可行性[2]；早在1920年美国的Hausman等报道了兽类动物皮毛的结构特点，首次指出毛的形态结
构的种间差异性及分类学意义，现在已有很多研究者对动物毛的扫描电镜进行分析研究；郭海涛等[3]，2011年的研究表明，红外光谱是野生动物毛发分析和检测的一种有效手段。
鉴于每种测试方法都存在一定的局限性，本文采取多种实验方法对多种动物毛纤维进行检测。对实验结果进行综合评判，探讨鉴别动物物种的方法。
1 材料和方法
1.1 仪器设备
CQ5O超声波清洗器(上海超声波仪器厂)；Nicolet 5700型FT-IR傅里叶红外光谱仪(美国Nicolet公司)；TM3000型扫描电子显微镜(日立公司)；ZEISS偏光显微镜Axio Scope A1(蔡司公司)。
1.2 样本采集及处理
细羊毛、牦牛绒由广东溢达纺织有限公司提供；骆鸵、羊鸵、狐狸，金猫、东北虎、狼、白虎、金饯豹毛纤维由杭州动物园提供。
动物在饲养过程中，毛发上会附着皮脂腺分泌物、杂草、灰尘等污染物.故对8种从动物园取回的样品，进行了消毒和脱脂处理。具体方法如下：将样品分别放入l00mL75％乙醇的烧杯中浸泡5 min，再放入超声波清洗器中处理10 min，取出样品自然晾干.即完成消澎毒。将消毒后的样品放入装有l00mL乙醇:乙醚比例为l:l的烧怀中，用超声波清洗仪处理1O min，完成脱脂处理。最后将样品浸没在无水乙醇中.放入超声波清洗器中处理2 min，取出自然干燥3 h。
1.3 样本测试
毛纤维作动物皮肤上是成簇生长的，在一小簇纤维中有一根直径比较大、毛囊比较深的叫做导向毛.围绕着导向毛生长的比较细的几根或几十根纤维，叫做簇生毛[4]。在动物园取回的8种样品中可以明显观察到导向毛和簇生毛的区分。由于样品量较少，其中的导向毛更为稀少.故本文中只选用较细的簇生毛作为实验样品。
1.3.1 利用光学显微镜观察毛纤维的横截面及毛髓
用手把纤维排成一束，并尽量拉直，选取中段位置包埋住哈氏切片器中，选用黏胶纤维包裹样品制作切片。通过横截面的观察得知，除细羊毛和牦牛绒以外.其余8种样品均有髓腔存在。将有髓腔的纤维纵向放在载玻片上，在显微镜下观察到毛干中部的髓腔粗细比较均匀，故选取样品中部进行比较。
1.3.2 利用扫描电子显微镜观察毛纤维鳞片
将纤维贴在金属板上，利用离子溅射仪对样品镀金后，在日立TM 3000型扫描电子显微镜下观察样品表面鳞片井拍照。
1.3.3 红外光谱对毛纤维的测试
将毛纤维直接放在锗晶体上，用OMNIC采样器固定压紧样品，测其红外光谱-扫描波数范围4OO～4000
cm-1.扫描次数为64次.获得红外光谱图。
2 结果与讨论
2.1 毛纤维的横截面形态结构
图1为500倍下各种毛纤维的横截面光学显微镜图。
|
|
|
图l 毛纤维的横截面光学显微镜图（500×) |
通过对图l的观察.可以看出毛纤维的横截面有较大差异。1-细羊毛与2-牦牛绒为实心纤维，不存在毛髓，其余8种样品都有髓腔，且5-赤狐、8-狼和9-白虎的髓腔占样品横截面的比例较大。2-牦牛绒、4-羊驼、6-金猫和7-东北虎的横截面出现部分深色点.据相关文献记载[3]，黑点为不规则形状的色素分散沉积，4-羊驼为黑色样品，放横截面出现大量黑点，其余7种样品的横截面平整光沽。10种样品的横截面均为圆形或为接近圆的椭圆形，其中6-金猫为狭长的椭圆截面。
由表1可以更加直观地看出lO种样品的横截面的差异性。可以根锯样本所属的动物种类将横截面形态初步分类。(1)同为洞角科的l-细羊毛与2-牦牛绒的横截面形态相似.都为圆形或椭圆形无髓 截面，但l-细羊毛的横截面面积较大。(2)同属骆驼科的3-骆驼、4-羊驼，横截面相似.部为圆形或椭圆形有髓截面，皮质层较厚，髓腔占横截面的比例在5％～6％之间。(3)同属犬科的5-赤狐和8-狼的横截面都为髓腔大，皮质层较薄.髓腔占横截面的比例在15-20%之间。（4)其余的4种样品同属猫科，为圆形或椭圆形横截面，除6-金猫以外.其余3种样品髓腔占横截面的比例远大于骆驼科样品，约为9-13%；但6-金猫的横截面为较扁平的椭圆，即椭圆的离心率较大。
|
表1 毛纤维的的横截面分析 |
|
|
2.2 毛纤维的髓腔形念态结构
由于I-细羊毛和2-牦牛绒无髓腔，故对其他8种纤维进行500倍下的纵向光学娃显微镜观察，结果见图 2。
|
|
|
图2 毛纤维的纵向光学显微镜图（500×） |
2.3.毛纤维的纵向鳞片结构
图3为2000倍下毛纤维的扫描电镜图。
|
|
|
图3 毛纤维的扫描电镜图（2000×） |
有相关文献表明[5]，同一个样本的取毛位置不同会导致样品的鳞片结构和排列不同，即一个个体身上有多种鳞片形态的毛。并且同一根毛的毛尖到毛尾的鳞片肜态也会有差异。本文所测试的样品取样部位随机阻且样本量较少，为避免或减少各种外因的干扰和影响.客观、真实地反应样品的差异性，分析检测用的样品尽量作了统一选取。即选取细毛的中段位置。
从毛纤维的扫描电镜照片(图3)可见，鳞片的形态、薄厚、排列情况都有较大的艘差别。L-细羊毛鳞毛呈典型环状.2-牦牛绒鳞片呈不规则环状.3-骆驼毛鳞片呈瓦片状.4-羊驼毛和9-东北虎鳞片呈杂波型镶嵌状，5-赤狐细毛鳞片为斜条状，6-金猫鳞片为顶端尖锐的斜条状，7-东北虎为较扁平的环状，8-狼和10-金钱豹鳞片为含斜条状的瓦片型。
2.4 毛纤维的FT-lR图谱
图4为毛纤维的红外图谱。
|
|
|
图4 毛纤维的红外光谱 |
由图4可以看出，5种样品的红外图谱在400～l 800 cm-1范围存在一定差异。l076 cm-1附近出现一个吸收峰.为C=S伸缩振动蜂，其中样品 2、5、6、7、9的峰强较强，其余5个样品在此处峰强较弱，在l232cm-1处有C-N伸缩振动峰(酰胺Ⅲ带)，2-牦牛绒的峰底较宽，其余样品在此处的峰都为小而尖锐的。
选取l700～2700cm-1。范围内较平直的图谱作为基线.测量出 l689.0cm-1(酰胺Ⅰ带)，1531.5
cm-1。(酰胺Ⅱ带)的峰高，求两者的峰高比值得到图5。
|
|
|
图5 红外光谱中酰胺Ⅱ带与酰胺Ⅰ带的峰高比值 |
可以观察到.样品2的峰高比值小于70％，约为68％；样品5、7的峰高比值在70％～75%之间，约为72％；样品l、3、4、8的峰高比值较为接近，在75％～76％之间；样品9、10的峰高约为78％；样品5的峰高比值最大，约为80％。
3 结论
毛的生长是连续不断的过程，这造成毛纤维形态的复杂多样性，但仍可以应用多种测试手段进行综合鉴别分析。实验结果表明：
a)各种样品的横截面在形状、大小、有无髓腔以及髓腔与横截面面积比值四个方面有较大的差异，可以作为判断动物毛所属种类的初步判断依据。
b)对其中8种有髓样品进行了髓质层的观察。5-赤狐和6-金猫的髓质层为算盘珠型连续分布，其余8种样品的髓质层都为窄条状连续分布。10个样品的髓腔均有断断续续、不均匀的情况出现。
c)采用扫描电镜下对各种样品的纵向鳞片进行了观察，发现样品的鳞片形状及排列方式有较大差异。
d)样品所得的红外图谱存在一定差异。在1 232 cm-1左右(酰胺Ⅲ带)、1 076 cm-1 左右(C-S伸缩振动峰)，不同样品的峰值以及峰面积存在差异。不同样品的酰胺Ⅱ带与酰胺工带的峰高比值有较大不同。
参考文献：
[1]于伟东.纺织材料学[M].北京：纺织工业出版社，2006：19-21.
[2]王宏博，高雅琴.应用光学显微镜鉴别裘皮毛纤维可行性研究[J].特产研究，2008(2)：17-21.
[3]郭海涛，薛晓明，侯森林.红外光谱分析在野生动物毛发鉴定中的应用[J].江苏农业科学，2011，39(6)：495-497.
[4]陕西工业大学纺织材料教研室.毛纤维材料学[M].北京：纺织工业出版社，1960：11-40.
[5]张伟.刍议毛的鳞片类型与哺乳动物识别的关系[J].东北林业大学学报，1994，22(3)：121-123.
[6]郭祥，王柏华，胡志字，等.特种动物绒毛有髓纤维比例研究[J].毛纺科技，2011，39(12)：49-51.
[7]金嵬，张启渊.几种猫科动物毛的显微形态学特征及比较鉴别[J].动物分类学报，2003，28(3)：397-401.
[8]林建新.犬科动物针毛就够的扫描电镜观察[J].四川动物，2010，(29)3：422-423.
[9]日沙来提·吐尔地，古力巴哈尔·吾斯曼，艾斯卡尔·买买提，等.新疆部分野生哺乳动物被毛的扫描电镜分析[J].电子显微学报，2011，30(3)：280-284.
[10]郭海涛，薛晓明，侯森林.豺和果子狸毛发的傅立叶变换红外光谱特征对比研究[J].湖北农业科学，2012，51(6)：1248-1250.
(责任编辑：许惠儿)