Dye, diethylene glycol, water, and surfactant content in ink

Význam tématu

Ve výrobě a kontrole kvality inkoustů je klíčové rychlé a spolehlivé stanovení obsahu barviva, diethylen glykolu, povrchově aktivních látek a vody. Tradiční mokré chemické metody jsou časově náročné a vyžadují zkušené operátory. Vis-NIR spektroskopie nabízí možnost jednorázového, netoxického a neinvazivního měření všech parametrů současně, což výrazně zjednodušuje rutinní analýzu.

Cíle a přehled studie

Cílem této studie bylo vyvinout kvantitativní modely pro simultánní stanovení čtyř klíčových složek vodných kuličkových inkoustů. Ke kalibraci modelů bylo analyzováno 20 vzorků modrého inkoustu, následně provedena externí validace na 8 nezávislých vzorcích. Analýza se zaměřila na:

• Obsah barviva
• Obsah diethylen glykolu (DEG)
• Obsah surfaktantu
• Obsah vody

Použitá instrumentace

• NIRS DS2500 analyzátor pro transflekci (Metrohm objednací číslo 2.922.0010)
• Opticky rovinná transflekční kyveta (6.7401.000) s kovovým zlatým difuzním reflektorem (6.7420.000)
• Vision 4.03 chemometrický software (6.6069.102)

Použitá metodika

Spektrální data byla pořízena v transflekčním režimu na zlatém reflektoru s optickou tloušťkou 1 mm. Pro každý analyzovaný parametr byla vybrána optimální oblast vlnových délek a předzpracování spektrogramů (2. derivace, SNV). Kvantifikace proběhla pomocí regresní metody PLS (Partial Least Squares) s různým počtem faktorů.

Hlavní výsledky a diskuse

Vyvinuté modely dosahují vynikajících statistických parametrů:

• Barvivo (400–800 nm, PLS 2 faktory): R² = 0,9961; SEC = 0,0835; SEV = 0,0949
• DEG (2220–2300 nm, 2. derivace + SNV, PLS 2 faktory): R² = 0,9934; SEC = 0,5037; SEV = 0,5888
• Surfaktant (1350–2350 nm, 2. derivace, PLS 5 faktorů): R² = 0,9774; SEC = 0,0368; SEV = 0,1316
• Voda (1300–1550 nm, 2. derivace, PLS 3 faktory): R² = 0,9909; SEC = 0,5571; SEV = 0,9614

Korelační grafy ukázaly úzkou shodu mezi referenčními a NIR predikovanými hodnotami pro všechny složky. Externí validace potvrdila robustnost modelů.

Přínosy a praktické využití metody

Vis-NIR spektroskopie přináší řadu výhod:

• Rychlé jednorázové stanovení čtyř parametrů
• Bez nutnosti chemických reagentů a přípravy vzorků
• Jednoduché ovládání vhodné i pro netrénované uživatele
• Vysoká reprodukovatelnost a přesnost

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozšíření metody o další typy inkoustů (např. tiskové inkousty), implementace inline monitoringu výrobních linek, kombinace s chemickou zobrazovací spektroskopií a automatizace datové analýzy pomocí umělé inteligence. Integrace jednodotykových nástrojů pro rychlou on-site kontrolu kvality.

Závěr

Vis-NIR spektroskopie se ukázala jako spolehlivá a efektivní alternativa ke konvenčním mokrým metodám pro stanovení obsahu barviva, DEG, surfaktantu a vody v inkoustech. Díky rychlému a komplexnímu měření je metoda vhodná pro rutinní kontrolu kvality a optimalizaci výrobních procesů v inkoustovém průmyslu.