皮革是一种源远流长、用途广泛的天然生物材料[1]，其独特性能源于胶原蛋白的复杂结构与多样化的加工工艺[2][3]。然而，当代皮革工业正经历深刻变革：传统生产在环境可持续性[2][3][4]方面面临挑战，且其动物来源也引发越来越多的社会讨论与关注[5][6]。为解决这些问题，各类合成及生物基替代品（如植物与真菌来源材料）不断涌现[1][5][7][8][9]。天然材料、传统仿制品与新兴替代品并存交织的局面，大大增加了材料表征的复杂性，对皮革的准确鉴别、质量控制、老化评估及文物保护构成了严峻挑战。
在此背景下，开发能够提供分子层级信息的先进检测技术显得尤为关键。衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）因其检测快速、样品制备简便以及对表界面化学信息高度敏感的特点[10][11][12][13][14]，已成为研究皮革及其相关材料化学性质的重要工具，特别适用于直接分析固体及复杂表面。为系统梳理和评估ATR-FTIR在皮革科学与工程中的应用，本工作综述了ATR-FTIR在揭示皮革老化机制、应对材料鉴定与成分分析（包括真伪鉴别、来源追溯、鞣剂识别、涂饰分析及替代品判别）等关键领域的研究进展，不仅关注该技术的实际应用效果，还重点探讨其内在优势与局限（如表面分析特性、光谱解析复杂性）以及其与化学计量学等数据处理方法结合的潜力[15][16][17][18][19]，并借鉴相关前沿研究[1][2][3][4][5][6][7][20][21]展望了ATR-FTIR在皮革科学、法庭科学与文物保护等方面的未来发展方向。
1 相关文献统计分析
在Web of Science核心合集中，采用检索式TS=(Leather) AND TS=(ATR-FTIR），检索到发表于1997年至2025年间的相关文献共计123篇，并利用文献计量分析软件VOSviewer进行数据分析，以系统把握ATR-FTIR技术在皮革研究领域的应用进展，为揭示该领域的研究热点与发展趋势提供数据支撑。
1.1 出版年份与出版数量分析
图1展示了1997年至2025年1月17日期间关于ATR-FTIR技术在皮革研究领域发表文献的出版年份和出版数量。
图1 ATR-FTIR技术在皮革研究领域应用的文献分布（1997—2025年）
Fig.1 Literature distribution of references on ATR-FTIRtechnology in leather research (1997–2025)
由图1可知，ATR-FTIR技术在皮革研究领域的应用在过去二十多年间呈现显著增长趋势。在2015年之前，年度发文数量相对较少；此后逐渐增加，特别是自2019年起，发文量呈现爆发式增长，并于2022年达到顶峰。这一趋势与近年来仪器设备的进步及数据分析技术的持续成熟密切相关，表明ATR-FTIR技术在皮革研究领域受到越来越多关注，其在解决皮革研究实际问题中的潜力正日益凸显。
1.2 关键词共现分析
为进一步明确ATR-FTIR技术在皮革研究中的热点与方向，利用VOSviewer软件对文献的关键词进行共现分析，结果见图2。
图2 ATR-FTIR技术在皮革研究应用中文献关键词的共现图
Fig.2 Keyword co-occurrence network of ATR-FTIRtechnology in leather research
由图2可知，“ATR-FTIR”“傅里叶变换红外光谱”“光谱学”等检测技术，特别是ATR-FTIR技术，在皮革化学结构表征中处于核心地位，与研究主体“皮革”“胶原蛋白”紧密关联。围绕这些核心节点，形成了3个主要研究聚类方向：其一，中心节点“老化”“降解”与“温度”等因素相互关联，表明皮革的老化机制与状态评估是该领域的重要研究方向；其二，“丹宁”“植物鞣革”和“稳定化”等关键词紧密联系，反映了该领域对皮革鞣制工艺、鞣剂类型分析与鉴定的持续关注；其三，显著节点“考古皮革”“历史皮革”则指向了ATR-FTIR技术在文化遗产保护领域的特殊应用价值。此外，“差示扫描量热法（DSC）”“扫描电子显微镜（SEM）”“单边核磁共振（NMR MOUSE）”“核磁共振（NMR）”“热解”等分析技术的共现，说明多技术联用是深入研究皮革复杂问题的重要策略；“纳米复合材料”等关键词的出现，预示着该领域研究正向材料改性与新功能开发等前沿方向拓展。
2 ATR-FTIR技术在皮革老化研究中的应用
皮革老化涉及复杂的化学结构变化，并受多种环境因素驱动[22][23][24][25][26][27][28][29][30][31]。ATR-FTIR技术凭借其表面敏感性与微损特性，已成为监测皮革分子层面变化（如胶原构象[24][32][33][34][35]、鞣剂稳定性[25][29][30][36]、涂层状态[23][26][27][28]）的关键工具。ATR-FTIR技术在皮革老化研究中的具体应用见表1[其中R值指基于酰胺III吸收峰计算的无规卷曲结构相对含量；PU代表聚氨酯，NC代表硝化纤维素；Δv指酰胺I(AI）与酰胺II(AII）峰位差；A1239/A1450指酰胺III峰1 239 cm-1与1 450 cm-1处峰的吸光度（也可为峰高或峰面积）比值]。然而，现有文献所提供的体相代表性相对有限[25][29][32][33][35]，主要原因在于皮革（尤其是植物鞣革）化学成分复杂、谱峰重叠性强[29][35][36][37][38]；同时，简单的半定量指标可靠性也相对不足[39]，这些因素共同为相关图谱的精确解析与关键成分的定量带来了挑战。为提升分辨率并提取更多有效信息，研究中常采用二阶导数光谱[29][35][36][37][38][40]与光谱解卷积[17][24][30][31][32][33]对原始光谱进行处理，然而这些方法本身也存在一定的局限性[24][30]。因此，开发其他化学计量学方法在该领域的深入应用，并建立稳健的定量评估模型，是未来重要的研究方向[17][18]。
表1 ATR-FTIR技术在皮革老化研究中的应用
Tab.1 Application of ATR-FTIR technology in leather aging research
3 ATR-FTIR技术在皮革种类鉴别和成分分析中的应用
在天然皮革、合成革及新兴替代品[1][5][7][8][9][41]并存的市场中，开发快速、准确的材料鉴别与成分分析检测技术至关重要[11][38][42][43][44]。ATR-FTIR技术因其便捷、微损的特性[11][12][13]成为常用工具。该技术能有效区分化学组成差异显著的天然皮革（胶原蛋白）[11][45]与合成/替代材料（聚合物等）[10][11][13][14][20][46][47]，但面临两大挑战：其一，皮革表面涂层可能遮蔽基材信息[47][48]，必要时需对样品进行刮削处理[11][19]（从而牺牲无损性）；其二，化学组成高度相似的不同动物来源天然皮革[20][46][49]的ATR-FTIR光谱差异微弱，难以直接识别[10][12][14][48]。化学计量学方法[如主成分分析（PCA）、线性判别分析（LDA）、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）]是目前处理光谱数据最具前景的策略[17][18][19]。例如基于脂质提取的间接分析方法[50]，在对样品进行脂质提取后，利用ATR-FTIR结合PCA实现了动物来源鉴别，但该方法存在样品破坏性与结果代表性不足的问题，实用性有限；在成分分析方面，ATR-FTIR技术可用于识别鞣剂类型（如植物单宁[29][36][42][51]）和铬鞣间接效应[52]，常需结合二阶导数进行联合分析[29][35][36][51]，该方法具有表面敏感性，尤其适用于分析涂饰剂/整理剂[13][15][23][53][54][55]，也可用于分析缺陷区域[56][57][58]。
基于化学计量学方法的ATR-FTIR技术在皮革种类鉴别和成分分析中的应用见表2。其中：PVC代表聚氯乙烯，PET代表聚对苯二甲酸乙二醇酯；vs.代表对比；CVA代表正则判别分析，kNN为k-最近邻方法；EDX为能量色散X射线光谱，UV-Vis为紫外可见光谱，XPS为X射线光电子能谱，Py-GCMS为热解气相色谱-质谱联用，ToF-SIMS为飞行时间二次离子质谱，XRF为X射线荧光光谱，TG/MS为热重/质谱分析，micro-DSC为微差示扫描量热法。
表2 ATR-FTIR技术在皮革种类鉴别与成分分析中的应用
Tab.2 Application of ATR-FTIR technology in leather species identification and composition analysis
4 ATR-FTIR技术在皮革表面改性研究中的应用
为优化性能或赋予新功能，常对皮革进行表面改性（如等离子体处理[64]、涂层技术[54]）。ATR-FTIR因其表面敏感性成为表征表面化学结构变化、验证改性效果[54][60][61][64][65][66][67][68]及评估基材结构完整性[64][65][68]的关键手段，在皮革表面改性研究中的具体应用见表3(TMS为四甲基硅烷，BTCA为丁烷四羧酸；CAPP为冷大气压等离子体；rGO为还原氧化石墨烯）。目前，该技术仍存在一定局限：探测深度较浅，难以全面评估改性效果在材料内部的渗透深度或梯度分布[53][64][67][68]；定量分析（如接枝密度、涂层厚度等指标）较为困难[53][67]；所提供的是静态化学键信息，揭示复杂机理或动态过程的能力有限，需结合XPS[68]等技术；对复杂混合体系的光谱解析难度较大，导致对混合物光谱解析存在显著困难[54]。
表3 ATR-FTIR技术在皮革表面改性表征中的应用
Tab.3 Application of ATR-FTIR technology in characterization of leather surface modification
5 ATR-FTIR技术在皮革文物保护中的应用
皮革文物承载信息丰富，但极易发生劣化。科学认知皮革文物的材质、工艺及劣化状态，是实施有效保护的基础。ATR-FTIR技术的核心优势在于能够以无损或微损方式获取文物表面的化学指纹信息，已在材质鉴定、鞣剂类型识别（常需结合二阶导数光谱）、表面涂饰/添加物/污染物分析、劣化状态评估（监测分子结构变化与降解产物）以及保护效果评价等方面取得一定应用。结合宏观成像技术[21][56][71]，可进一步提升该技术的空间分辨能力。然而，在皮革文物分析中，ATR-FTIR的局限性尤为突出，原因在于：文物本身极端脆弱，检测接触可能带来潜在风险[56]；分析所获信息主要来自样品表层，难以反映文物内部的核心保存状况[25][29][32][34][35][38]；样品通常存在严重污染、高度降解及组成复杂等问题，显著增加了光谱解析的难度[25][29][38][51][58][72]。因此，在文物研究中，ATR-FTIR常作为多技术联用策略[29][34][35][36][37][38][56][58][73][74]的一部分，与显微镜、热分析、NMR、色谱-质谱、元素分析等方法相互补充，从而获取更全面、可靠的表征信息。ATR-FTIR技术在皮革文物保护中的具体应用见表4。其中，Macro-ATR代表宏观衰减全反射。
表4 ATR-FTIR技术在皮革文物保护中的应用
表格图
6 结论与展望
ATR-FTIR技术因其快速、微损及表面敏感性的特点，在皮革老化[24][29][33]、鉴别与成分分析[11][18][19][42]、表面改性[54][64][66]及文物保护[34][36][56]等领域提供了关键的分子层面信息。然而，该技术的表面分析特性限制了其体相代表性[25][29][35]与半定量结果的可靠性[25][33][39]，同时皮革基质的复杂性导致谱峰严重重叠，使得精确解析与定量分析面临困难。化学计量学方法虽有助于有效提取光谱信息[15][16][17][18][19]，但对模型结果的化学意义阐释提出了更高要求。未来，ATR-FTIR技术在皮革领域的发展需在以下方面持续深化：在仪器与方法学层面，推动便携式、在线监测设备及高分辨成像技术（如Macro-ATR[56]）的开发与应用，并加强与质谱、NMR、显微技术等其他分析方法的原位或在线联用[29][34][37][38][58]，以获取更全面的多维度互补信息；在应用领域层面，应面向可持续发展需求，加强对新型生物基皮革替代品[7][8]的结构-性能关系研究；重视皮革基生物材料[1]的系统表征；进一步提升该技术在法庭科学物证检验[11][44]和文化遗产预防性保护[56][71]中的实际应用效能与结果可靠性。