GC-MS在印刷企业品质问题分析中的拓展应用

尹福寿+吴云勤

在纸品印刷行业中，越来越多的企业创建了实验室和技术研发中心，特别是规模企业和外向型企业，实验室和技术研发中心的创建比较早，而且试验仪器相对齐全、管理规范。

G C - M S（G a s Chromatograph-Mass Spectrometer-computer，气相色谱-质谱联用仪）是印刷企业实验室中常用的检测仪器，特别是在烟酒包装、欧美订单为主体业务的印刷企业。

笔者结合自己的技术研发工作经验，通过列举一个案例分享，谈谈GC-MS在印刷企业的拓展应用。案例提供了一种研究方法，读者可以举一反三，触类旁通。

GC-MS及其工作原理介绍

GC-MS介绍

GC-MS英文全称为Gas Chromatograph-Mass Spectrometer-computer，中文翻译为气相色谱-质谱联用仪。GC-MS主要由气路系统、进样系统、分离系统、温度控制系统（气相色谱仪）、真空系统、离子源、质量分析器、检测器、仪器控制和数据处理系统等组成，广泛应用于食品、医学、化学等检测领域，具有如下几个方面的优点：

·定性可靠；

·灵敏度高、通用性强；

·不受基质干扰，可同时对多钟化合物进行测量；

·定量精度高；

·操作和日常维护方便。

工作原理介绍

气相色谱原理：

气相色谱的流动相为惰性气体，气-固色谱法中以表面积大且具有一定活性的吸附剂作为固定相。当多组分的混合样品进入色谱柱后，由于吸附剂对每个组分的吸附力不同，经过一定时间后，各组分在色谱柱中的运行速度也就不同。吸附力弱的组分容易被解吸下来，最先离开色谱柱进入检测器，而吸附力最强的组分最不容易被解吸下来，因此最后离开色谱柱。如此，各组分得以在色谱柱中彼此分离，顺序进入检测器中被检测、记录下来。

质谱原理：

质谱分析法是通过对样品的质量与强度的测定，进行成分和结构分析的方法。基本原理是化合物经电子流冲击或其他手段打掉电子，进行电离而转变成快速运动的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将其分离成按质量与电荷比值大小排列而形成图谱，质谱图中，每个质谱峰代表一种质荷比离子，强度表示该种离子的多少。根据峰的位置可以进行定性分析，根据峰的强度可以进行定量分析。

GC-MS气相色谱-质谱联用仪，利用色谱法的分离能力和质谱的定性长处，可在短时间内对多组分混合物进行定性分析。

案例分享

300g/m2粉灰卡纸表面印刷黑色实地，印刷机联机过UV面油，经过裱卡后，黑色位对黑色位出现像水雾一样的物质，其他颜色对其他颜色不出现水雾一样的物质。是否跟上光用UV油有关？是否跟UV胶印油墨有关？是否跟裱卡胶水有关？如何分析、确定物状雾是何种物质？

模拟实验

根据雾状物的样板分析，只有黑色位对黑色位才会出现雾状物，其他颜色不会出现，黑色对其他颜色也不会出现，初步分析是跟黑色UV油墨有关，固化不完全或含有易迁移的物质可能会出现此现象，根据此推理在实验室进行以下模拟实验：

实验材料：单粉纸和DR-UV黑色墨，HIN1100K UV黑色墨、HIN1100M UV红色墨、HUV8828、HUV8896、HUV8428（防水雾型）。

测试方法：在同一张单粉纸板上，用展色仪展三个不同UV油墨，经过不同的固化能量固化，最后用4μm线棒拉涂UV油，经过固化后，两张同样的纸板面对面叠放一起，让相同UV油墨接触，上面放5kg的重物，分别在恒温恒湿箱和室温条件下存放，放不同时间来观察是否油水雾状的物质出现，测试如下：

从上表可以看出：不同UV油墨、不同UV光油和不同的固化能量，均没有出现水雾状的物质，说明此水雾状物质不是UV印刷油墨和UV光油中的成分。

雾状物的成分分析

分析材料：出现雾状物的纸板、DR-UV黑色胶印油墨、裱卡纸用的水性胶水、HUV8896 UV光油。

测试方法：在出现雾状物的样板滴上甲醇，使雾状物溶到甲醇里，然后吸取此雾状物的甲醇溶液，标识为纸板析出物，用二氯甲烷将DR-UV黑色墨、裱卡纸用水性胶水和HUV8896分别稀释，用GC-MS仪器分析其成分（0℃～300℃挥发物）。获得如下四个物质的GC-MS谱图和主要成分的化学结构。

从纸板雾状物的GC-MS的谱图分析可知，主要成分为2，2，4-三甲基1，3-戊二醇二异丁酸酯，其次还有二苯甲酮和含酰胺基的二酸酯。二苯甲酮是HUV8896用的光引剂，在常温下是固体，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，此物质经过UV光油迁移到UV表面。而水性胶水中含有大量的2，2，4-三甲基1，3-戊二醇二异丁酸酯，UV油和UV油墨均不含此物质，所以雾状物主要成分来自于水性胶水，此物质用作水性胶水的增塑剂或成膜物质。

案例讨论及原因分析

根据以上测试分析结果可以得出：

1.纸板出现雾状物跟油墨的颜色有关系，只有UV黑色对黑色位才会出现此现象。

2.在纸板上展不同UV油墨和过不同的UV光油，即使UV油墨固化不完全也不会出现此类现象，所以出现雾状物不完全是UV黑色墨的原因，从GC-MS的结果也可以看出。

3.分析此雾状物的主要成分为2，2，4-三甲基1，3-戊二醇二异丁酸酯，来自于裱卡用的水性胶水，另外还有来自UV油墨的含酰胺基的二酸酯和HUV8896的二苯甲酮。

4.裱卡水性胶水在整个纸板上均有，为什么只有在黑色对黑色位才会出现？主要原因是由于黑色吸光指数比较高，UV线照在黑色位上容易被吸收，很难照到深层，也就是说UV黑色墨固化慢，相对其他墨位需要更高的UV能量才能固化，所以在同样UV能量的条件下，UV黑色墨固化程度低，膜强度就低，低分子物质就容易通过UV油墨析出，同样黑色位也会影响UV光油的固化，所以胶水的低分子物质就较容易析出到表面。尤其在黑色对黑色位时析出物更好，在湿度比较大的环境下，水就被吸附在此小低分子物质上形成一层水雾状的物质。

改善建议

1.换用不含外增塑剂的内增塑的裱卡水性胶水；

2.加强UV油墨固化的能量，特别是保证UV黑色墨的完全固化。

在印刷行业中，GC常用作产品或物料的VOCs检测，GC-MS常用做邻苯类有害物质的检测，除了产品和原辅材料的安全性检测之外，GC-MS还可以做工艺品质分析，应用到技术研发、工艺技术问题解决当中，特别是涉及原材料的工艺技术难题。

检测项目的规范化、检测方法的标准化、检测结果的数据化是实验室管理最重要的3项指标，如果利用好检测数据、充分发挥出检测仪器的作用，企业将会大有可为。endprint