摘 要：麻类纤维作为重要的天然纺织原料，其准确鉴别对产品质量控制与行业标准化至关重要。试验采用扫描电子显微镜系统对比了苎麻、亚麻、大麻、罗布麻、红麻、黄麻、剑麻及蕉麻8种纤维的横截面微观结构。通过分析麻纤维轮廓形状、中腔结构、胞壁特征等关键参数，建立了基于扫描电镜横截面结构特征的快速鉴别方法。结果表明，不同种类麻纤维在600倍与1000倍放大倍数下展现出显著的结构差异。该研究验证了扫描电镜技术在麻类纤维快速、准确鉴定中的可行性与有效性，为纺织材料的科学鉴别提供了可靠的技术参考。
关键词：扫描电镜；麻类纤维；横截面；微观结构；纤维鉴别
随着人类对生态环境、自然资源的保护意识逐渐加强,天然纤维以其独有的特性受到人们的关注,学者们对其进行了广泛深入的研究,取得了一些有益的成果[1-4]。麻类纤维因其优异的力学性能、吸湿透气性及环境友好特性，已成为纺织工业不可或缺的原料[5]。纺织用麻纤维最常见的有亚麻、苎麻、大麻，近年来，罗布麻、黄麻的纺织产品也日益增多[6]。随着麻类纤维的广泛应用,麻类纤维定性鉴别的重要性将越来越显著。不同种类麻纤维的物理化学性能及应用价值各异，而其微观结构，尤其是横截面形态特征，是决定其性能差异的内在因素之一，也是进行纤维种类鉴别的关键依据[7]。传统的纤维鉴定方法主要依赖于光学显微镜观察，但该方法存在分辨率有限、制片要求高、易受操作者主观经验影响等局限性。扫描电子显微镜技术以其极高的分辨率、良好的景深和逼真的三维成像能力，能够清晰地揭示纤维表面的超微结构[8]，为纤维的精准鉴别提供了强有力的工具。姜繁昌[9]利用扫描电镜对剑麻束纤维形态进行了初步探索。刘轲等[10]采用电镜对蕉麻束纤维形态也做了一定的研究。本研究旨在利用扫描电镜SEM技术，系统表征8种常见麻类纤维的横截面微观结构，明确其横截面鉴别特征，建立一套基于横截面结构特征的快速、客观的鉴别方法，从而为纺织品的纤维成分分析、质量评估、产品溯源及新产品开发提供科学依据和技术支持。
1. 材料与方法
1.1 材料与试剂
1.1.1 试验材料
试验选用8种麻类纤维，分别为：苎麻（湖南农业大学）、亚麻（黑龙江省纤维质量监测中心）、大麻（黑龙江省纤维质量监测中心）、罗布麻（新疆伊犁纤维检验所）、红麻（郴州湘南麻业）、黄麻（郴州湘南麻业）、剑麻（广西质检院）、蕉麻（广西质检院）。所有样品均经湖南省纤维质量监测中心确证。
1.1.2 试剂
硫酸（AR）、氢氧化钠（AR）、硅酸钠（AR）、三聚磷酸钠（AR）。
1.1.3 仪器与设备
TM4000型台式扫描电镜：日立（中国）有限公司;Y172型纤维切片器：国营常州纺织仪器厂;HH-S6型单列六孔油浴锅：常州金坛良友仪器有限公司；AMERICAN LINE单面刀片：AccuTec Blade, Inc；定制SEM样品台：日立（中国）有限公司。
1.2 试验方法
1.2.1 样品预处理
为充分暴露纤维的横截面结构并去除部分胶质，取30g麻纤维样品进行化学脱胶预处理。具体步骤如下：将纤维束置于250mL锥形瓶中，按浴比1:20加入1.5mol/L硫酸溶液，于（60±5）℃水浴中浸泡60min。取出后充分水洗至中性，烘干。随后，将样品置于含有6g/L氢氧化钠和4.5g/L硅酸钠混合溶液的锥形瓶中（浴比1:20），于（110±2）℃油浴锅中加热60min。再次水洗、挤干后，转入含有12g/L氢氧化钠和2g/L三聚磷酸钠混合溶液的锥形瓶中（浴比1:20），于（110±2）℃油浴锅中再次加热90min。最后，经充分水洗，烘干至恒重备用[11]。预处理后的麻纤维平均分成6份，作为6组平行试验进行样品制备。
1.2.2 横截面样品制备
取适量预处理后的纤维（样品量不宜过多，保证在嵌样槽中不能轻易抽移即可），将其紧密、顺直地填入纤维切片器的嵌样槽中。使用锋利的单面刀片，快速地将嵌样槽两端露出的纤维切除，以获得平整、清晰的纤维横断面。将制备好的切片器底板直接固定于SEM样品台上[12]。
1.2.3 SEM观测流程
采用台式扫描电镜进行观察。仪器工作参数设置为：Accelerating voltage15 kV Mode4，Vacuum Chg-up Red.(L)，Detector BSE。点击扫描模式为快速扫描（Fast），将放大倍数设置为100倍，点击Auto自动调节扫描电镜明暗（Brightness）、对比度（Contrast）和聚焦（Focus），使视野清晰，对比度适中。调节样品位置，确定电子聚集少且具有代表性的纤维，放大至高倍数，再次自动调节扫描电镜明暗、对比度和聚焦（如放大倍数过大自动聚焦不清晰可使用Reduce小窗局部调节聚焦至最清晰状态），点击扫描模式为慢速扫描（Slow），点Save保存影像。打开图像进行后编辑，调节明暗和对比度已获得最优的影像效果。利用Measure功能测量两点间的距离，后续可用于表示纤维横截面的大小或中腔的大小。
2 结果与分析
2.1 苎麻纤维横截面SEM结构特征
如图1、2所示，单纤维横截面呈典型的腰圆形或椭圆形，轮廓清晰。胞壁厚度相对均匀，常见从内向外辐射的条纹或裂隙。中腔明显，呈狭长的椭圆形或裂缝状，贯穿纤维。经扫描电镜图像Measure功能测量，单纤维横截面中腔大小最大可达41.6μm，占据单纤维横截面长度一半以上。
图1 苎麻纤维横截面（600倍）
图2 苎麻纤维横截面（1000倍）
2.2 亚麻纤维横截面SEM结构特征
如图3、4所示，单纤维横截面以不规则的多边形为主，边角锐利。胞壁表面光滑，无明显裂纹。绝大多数纤维无中腔或中腔极不明显，呈现为实心或近实心结构。
图3 亚麻纤维横截面（600倍）
图4 亚麻纤维横截面（1000倍）
2.3 大麻纤维横截面SEM结构特征
如图5、6所示，单纤维横截面形态多样性高，主要表现为不规则的多角形和扁平的带状两种类型。扁平带状纤维通常可见明显的狭长形中腔，而多边形纤维的中腔多缺失或难以辨识。
图5 大麻纤维横截面（600倍）
图6 大麻纤维横截面（1000倍）
2.4 罗布麻纤维横截面SEM结构特征
如图7、8所示，单纤维横截面形状多样，包括多边形、近似圆形及腰圆形。纤维粗细相对均匀，偶见较粗个体。部分纤维可见中腔，但普遍较小且轮廓模糊，不具明显鉴别优势。
图7 罗布麻纤维横截面（600倍）
图8 罗布麻纤维横截面（1000倍）
2.5 红麻纤维横截面SEM结构特征
如图9、10所示，在束纤维水平观察，横截面呈近似多边形。单纤维可区分为两种典型形态：一类胞壁薄，中腔大而明显，经扫描电镜图像Measure功能测量，中腔最大可达26.4μm，横截面呈不规则多边形；另一类胞壁厚，中腔相对较小，此类纤维中腔大小在10μm左右，截面更接近腰圆形。此二元结构特征显著。
图9 红麻纤维横截面（600倍）
图10 红麻纤维横截面（1000倍）
2.6 黄麻纤维横截面SEM结构特征
如图11、12所示，束纤维横截面为不规则的多边形。单纤维从中分离后，其横截面呈现规则、整齐的多边形，排列紧密。绝大多数单纤维的中腔缺失或极其微小，难以观察。
图11 黄麻纤维横截面（600倍）
图12 黄麻纤维横截面（1000倍）
2.7 剑麻纤维横截面SEM结构特征
如图13、14所示，束纤维横截面整体呈不规则的扇形。经脱胶分离后的单纤维，横截面为规则的多边形或近圆形。中腔清晰可见，形状规则，多为较大的圆形或椭圆形，占比显著。经扫描电镜图像Measure功能测量，中腔最大可达到16.8μm。
图13 剑麻纤维横截面（600倍）
图14 剑麻纤维横截面（1000倍）
2.8 蕉麻纤维横截面SEM结构特征
如图15、16所示，束纤维横截面呈现独特的多孔蜂窝状结构，胞壁较薄。在1000倍放大倍数下，观察到单纤维横截面为不规则的多边形。其最显著的特征是中腔显著，形状多样，包括圆形、椭圆形以及细长条形。经扫描电镜图像Measure功能测量，圆形或椭圆形中腔大小约为10μm左右，而细长条形的中腔则能达到14.9μm。
图15 蕉麻纤维横截面（600倍）
图16 蕉麻纤维横截面（1000倍）
2.9 不同麻类纤维SEM结构特征的比较分析
综合上述观察结果，对8种麻纤维的鉴别特征进行比较与归纳（见表1）
表1 不同麻类纤维横截面SEM结构特征鉴别表
3 讨论
3.1 不同麻类纤维横截面结构特征的分类比较
（1）基于纤维宏观存在形式与轮廓的鉴别
苎麻、亚麻、大麻、罗布麻在观察中主要表现为单纤维形式。其中，苎麻的腰圆形截面、大麻的不规则多边形/扁平带状多形态、以及亚麻与罗布麻的多边形主体（后者形态更杂）具有初级鉴别意义。红麻、黄麻、剑麻、蕉麻则存在明显的束纤维结构。在相同倍数下，红麻与黄麻束较细，多边形轮廓略有差异；而剑麻（扇形）与蕉麻（蜂窝状）的束纤维轮廓独特，极易与其他种类区分。
（2）基于中腔特征的深入鉴别
中腔是区分纤维种类的关键微观指标。根据中腔的有无、大小和形状，可将8种纤维分为以下几类：
中腔显著型：苎麻（狭长裂缝状）、剑麻（大而圆/椭圆）、蕉麻（巨大且形态多样）。这三者的中腔形态又各不相同。
中腔与胞壁关联型：红麻，其中腔大小与胞壁厚度呈负相关，形成鲜明的薄壁大腔与厚壁小腔的对比。
中腔不明显或缺失型：亚麻（基本实心）、黄麻（单纤维多无中腔）、罗布麻（部分有小腔）。大麻的中腔仅存在于其扁平形态的纤维中。
（3）其它辅助特征
胞壁裂纹（苎麻）、胞壁光滑度（亚麻）、单纤维形态均一性（剑麻）以及束纤维特殊结构（蕉麻的蜂窝状）等特征，可作为进一步佐证，提高鉴别的准确性和可靠性。
3.2 脱胶方法对不同麻纤维的影响
本试验为保持试验条件的一致性，对8种麻纤维采用了相同的脱胶处理流程。尽管该方法在多数纤维中有效去除了胶质，清晰展示了横截面结构，但不同麻类纤维的化学组成和结构紧密度存在差异，可能对脱胶效果产生一定影响。例如，木质素含量较高的剑麻、蕉麻等纤维，其脱胶难度相对较大，可能导致中腔结构暴露不完全或胞壁形态略有变化。后续研究可针对不同纤维类型优化脱胶工艺以减少对纤维原始结构的干扰，进一步提升鉴别的准确性和结构可比性。
3.3 SEM横截面鉴别方法较传统鉴别方法的优势及其先进性
（1）对操作者经验的依赖性减少
光学显微镜下纤维结构的辨识很大程度上依赖于观察者的经验与主观判断。纤维轮廓、中腔是否可见、胞壁纹理等特征在光学分辨率下往往边缘模糊、对比度低，容易因焦距、光照条件差异而产生解读分歧。不同种类麻纤维在光学显微镜下的形态差异有时较为细微（如黄麻与红麻），缺乏量化或高清晰度图像支持，鉴定结果常受人员经验水平影响，重复性与一致性较难保证。SEM技术能实现高分辨率与大景深，提供客观图像基础，可在纳米级分辨率下清晰呈现纤维表面与截面细节，如图像中胞壁裂纹、中腔形态、表面纹饰等特征明确，无需依赖染色增强对比。观测者可直接依据清晰、稳定的图像特征进行判别，大幅减少了因图像模糊或低对比度导致的主观误判。
（2）对制片工艺的要求降低
传统横截面样品制备多采用哈氏切片法，切片厚度不均、刀痕、挤压变形等问题会显著改变纤维横截面的视觉形态，影响中腔与胞壁的真实呈现。不同操作者甚至同一操作者多次制样的结果都可能存在差异，导致鉴定结果波动，难以建立稳定可靠的形态数据库。本研究采用的纤维切片器直接上样法，避免了传统包埋、切片、染色等多步骤可能带来的变形与污染。样品制备过程更简单、快速，且易于标准化操作，有利于在不同实验室、不同操作者之间实现结果复现。
目前，麻类纤维的鉴别主要依据国家标准GB/T2910《纺织品定量化学分析》以及FZ/T01057《纺织纤维鉴别试验方法》系列标准，主要采用光学显微镜观察、燃烧法、溶解法等传统手段。这些方法在实际应用中存在一定局限性：光学显微镜分辨率有限，难以清晰呈现纤维横截面的细微结构；燃烧法与溶解法对混合纤维或处理过的纤维判别能力较差；且上述方法多依赖操作者经验，主观性强，重复性难以保证。本方法通过高分辨率SEM成像，结合纤维轮廓、中腔特征、胞壁结构等多重指标，构建了一套系统、客观的鉴别体系，显著提升了麻类纤维鉴别的准确性和可重复性。此外，该方法操作流程标准化，具备良好的推广价值，可作为现行标准方法的有效补充，尤其适用于复杂样品或新型麻类纤维的鉴别。
4 结论
本研究系统运用扫描电子显微镜，对苎麻、亚麻、大麻、罗布麻、红麻、黄麻、剑麻和蕉麻8种麻类纤维的横截面微观结构进行了定性与对比分析。研究发现，不同种类的麻纤维在横截面轮廓、中腔结构、胞壁形态等方面存在稳定、可重复的显著差异。通过分析纤维的存在形式、形状特征及中腔形态等关键鉴别要素，结合600倍与1000倍的SEM图像，可以实现对这8种麻纤维快速、准确的鉴别。该方法直接、客观，显著降低了传统方法对人为主观经验以及制片手法的依赖，为麻类纺织原料的鉴定、产品质量控制、市场监管及纺织考古等领域提供了一种可靠、高效的技术手段。
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