尹福壽+吳云勤

在紙品印刷行業(yè)中，越來越多的企業(yè)創(chuàng)建了實(shí)驗(yàn)室和技術(shù)研發(fā)中心，特別是規(guī)模企業(yè)和外向型企業(yè)，實(shí)驗(yàn)室和技術(shù)研發(fā)中心的創(chuàng)建比較早，而且試驗(yàn)儀器相對(duì)齊全、管理規(guī)范。

G C - M S（G a s Chromatograph-Mass Spectrometer-computer，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀）是印刷企業(yè)實(shí)驗(yàn)室中常用的檢測儀器，特別是在煙酒包裝、歐美訂單為主體業(yè)務(wù)的印刷企業(yè)。

筆者結(jié)合自己的技術(shù)研發(fā)工作經(jīng)驗(yàn)，通過列舉一個(gè)案例分享，談?wù)凣C-MS在印刷企業(yè)的拓展應(yīng)用。案例提供了一種研究方法，讀者可以舉一反三，觸類旁通。

GC-MS及其工作原理介紹

GC-MS介紹

GC-MS英文全稱為Gas Chromatograph-Mass Spectrometer-computer，中文翻譯為氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀。GC-MS主要由氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)（氣相色譜儀）、真空系統(tǒng)、離子源、質(zhì)量分析器、檢測器、儀器控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)學(xué)、化學(xué)等檢測領(lǐng)域，具有如下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：

·定性可靠；

·靈敏度高、通用性強(qiáng)；

·不受基質(zhì)干擾，可同時(shí)對(duì)多鐘化合物進(jìn)行測量；

·定量精度高；

·操作和日常維護(hù)方便。

工作原理介紹

氣相色譜原理：

氣相色譜的流動(dòng)相為惰性氣體，氣-固色譜法中以表面積大且具有一定活性的吸附劑作為固定相。當(dāng)多組分的混合樣品進(jìn)入色譜柱后，由于吸附劑對(duì)每個(gè)組分的吸附力不同，經(jīng)過一定時(shí)間后，各組分在色譜柱中的運(yùn)行速度也就不同。吸附力弱的組分容易被解吸下來，最先離開色譜柱進(jìn)入檢測器，而吸附力最強(qiáng)的組分最不容易被解吸下來，因此最后離開色譜柱。如此，各組分得以在色譜柱中彼此分離，順序進(jìn)入檢測器中被檢測、記錄下來。

質(zhì)譜原理：

質(zhì)譜分析法是通過對(duì)樣品的質(zhì)量與強(qiáng)度的測定，進(jìn)行成分和結(jié)構(gòu)分析的方法?；驹硎腔衔锝?jīng)電子流沖擊或其他手段打掉電子，進(jìn)行電離而轉(zhuǎn)變成快速運(yùn)動(dòng)的離子，經(jīng)加速電場的作用，形成離子束，進(jìn)入質(zhì)量分析器。在質(zhì)量分析器中，再利用電場和磁場使發(fā)生相反的速度色散，將其分離成按質(zhì)量與電荷比值大小排列而形成圖譜，質(zhì)譜圖中，每個(gè)質(zhì)譜峰代表一種質(zhì)荷比離子，強(qiáng)度表示該種離子的多少。根據(jù)峰的位置可以進(jìn)行定性分析，根據(jù)峰的強(qiáng)度可以進(jìn)行定量分析。

GC-MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，利用色譜法的分離能力和質(zhì)譜的定性長處，可在短時(shí)間內(nèi)對(duì)多組分混合物進(jìn)行定性分析。

案例分享

300g/m2粉灰卡紙表面印刷黑色實(shí)地，印刷機(jī)聯(lián)機(jī)過UV面油，經(jīng)過裱卡后，黑色位對(duì)黑色位出現(xiàn)像水霧一樣的物質(zhì)，其他顏色對(duì)其他顏色不出現(xiàn)水霧一樣的物質(zhì)。是否跟上光用UV油有關(guān)？是否跟UV膠印油墨有關(guān)？是否跟裱卡膠水有關(guān)？如何分析、確定物狀霧是何種物質(zhì)？

模擬實(shí)驗(yàn)

根據(jù)霧狀物的樣板分析，只有黑色位對(duì)黑色位才會(huì)出現(xiàn)霧狀物，其他顏色不會(huì)出現(xiàn)，黑色對(duì)其他顏色也不會(huì)出現(xiàn)，初步分析是跟黑色UV油墨有關(guān)，固化不完全或含有易遷移的物質(zhì)可能會(huì)出現(xiàn)此現(xiàn)象，根據(jù)此推理在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行以下模擬實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)材料：單粉紙和DR-UV黑色墨，HIN1100K UV黑色墨、HIN1100M UV紅色墨、HUV8828、HUV8896、HUV8428（防水霧型）。

測試方法：在同一張單粉紙板上，用展色儀展三個(gè)不同UV油墨，經(jīng)過不同的固化能量固化，最后用4μm線棒拉涂UV油，經(jīng)過固化后，兩張同樣的紙板面對(duì)面疊放一起，讓相同UV油墨接觸，上面放5kg的重物，分別在恒溫恒濕箱和室溫條件下存放，放不同時(shí)間來觀察是否油水霧狀的物質(zhì)出現(xiàn)，測試如下：

從上表可以看出：不同UV油墨、不同UV光油和不同的固化能量，均沒有出現(xiàn)水霧狀的物質(zhì)，說明此水霧狀物質(zhì)不是UV印刷油墨和UV光油中的成分。

霧狀物的成分分析

分析材料：出現(xiàn)霧狀物的紙板、DR-UV黑色膠印油墨、裱卡紙用的水性膠水、HUV8896 UV光油。

測試方法：在出現(xiàn)霧狀物的樣板滴上甲醇，使霧狀物溶到甲醇里，然后吸取此霧狀物的甲醇溶液，標(biāo)識(shí)為紙板析出物，用二氯甲烷將DR-UV黑色墨、裱卡紙用水性膠水和HUV8896分別稀釋，用GC-MS儀器分析其成分（0℃～300℃揮發(fā)物）。獲得如下四個(gè)物質(zhì)的GC-MS譜圖和主要成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

從紙板霧狀物的GC-MS的譜圖分析可知，主要成分為2，2，4-三甲基1，3-戊二醇二異丁酸酯，其次還有二苯甲酮和含酰胺基的二酸酯。二苯甲酮是HUV8896用的光引劑，在常溫下是固體，甲醇滴到UV油表面，二苯甲酮析出到甲醇里。含酰胺基的二酸酯是UV黑色墨中的成分，此物質(zhì)經(jīng)過UV光油遷移到UV表面。而水性膠水中含有大量的2，2，4-三甲基1，3-戊二醇二異丁酸酯，UV油和UV油墨均不含此物質(zhì)，所以霧狀物主要成分來自于水性膠水，此物質(zhì)用作水性膠水的增塑劑或成膜物質(zhì)。

案例討論及原因分析

根據(jù)以上測試分析結(jié)果可以得出：

1.紙板出現(xiàn)霧狀物跟油墨的顏色有關(guān)系，只有UV黑色對(duì)黑色位才會(huì)出現(xiàn)此現(xiàn)象。

2.在紙板上展不同UV油墨和過不同的UV光油，即使UV油墨固化不完全也不會(huì)出現(xiàn)此類現(xiàn)象，所以出現(xiàn)霧狀物不完全是UV黑色墨的原因，從GC-MS的結(jié)果也可以看出。

3.分析此霧狀物的主要成分為2，2，4-三甲基1，3-戊二醇二異丁酸酯，來自于裱卡用的水性膠水，另外還有來自UV油墨的含酰胺基的二酸酯和HUV8896的二苯甲酮。

4.裱卡水性膠水在整個(gè)紙板上均有，為什么只有在黑色對(duì)黑色位才會(huì)出現(xiàn)？主要原因是由于黑色吸光指數(shù)比較高，UV線照在黑色位上容易被吸收，很難照到深層，也就是說UV黑色墨固化慢，相對(duì)其他墨位需要更高的UV能量才能固化，所以在同樣UV能量的條件下，UV黑色墨固化程度低，膜強(qiáng)度就低，低分子物質(zhì)就容易通過UV油墨析出，同樣黑色位也會(huì)影響UV光油的固化，所以膠水的低分子物質(zhì)就較容易析出到表面。尤其在黑色對(duì)黑色位時(shí)析出物更好，在濕度比較大的環(huán)境下，水就被吸附在此小低分子物質(zhì)上形成一層水霧狀的物質(zhì)。

改善建議

1.換用不含外增塑劑的內(nèi)增塑的裱卡水性膠水；

2.加強(qiáng)UV油墨固化的能量，特別是保證UV黑色墨的完全固化。

在印刷行業(yè)中，GC常用作產(chǎn)品或物料的VOCs檢測，GC-MS常用做鄰苯類有害物質(zhì)的檢測，除了產(chǎn)品和原輔材料的安全性檢測之外，GC-MS還可以做工藝品質(zhì)分析，應(yīng)用到技術(shù)研發(fā)、工藝技術(shù)問題解決當(dāng)中，特別是涉及原材料的工藝技術(shù)難題。

檢測項(xiàng)目的規(guī)范化、檢測方法的標(biāo)準(zhǔn)化、檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)化是實(shí)驗(yàn)室管理最重要的3項(xiàng)指標(biāo)，如果利用好檢測數(shù)據(jù)、充分發(fā)揮出檢測儀器的作用，企業(yè)將會(huì)大有可為。endprint