Analysis of ink and paint using near-infrared spectroscopy

Význam tématu

Spektroskopie v blízké infračervené oblasti (NIR) je rychlá a nedestruktivní analytická metoda, která umožňuje kontinuální kontrolu kvality materiálů a výrobních procesů v průmyslu inkoustů a barev. Díky schopnosti kvantifikovat pigmenty, rozpouštědla, vlhkost či aditiva přímo ve výrobní lince přispívá k minimalizaci chyb a zajištění konzistentní kvality finálních produktů.

Cíle a přehled studie / článku

Publikace Application Bulletin AB-411 popisuje pět průzkumných studií, v nichž byly zkoumány různé aplikace NIR spektroskopie v oblasti inkoustů a barev:

• monitoring síly barviva v vodných roztocích
• kvalitativní detekce vlhkosti v pigmentových prášcích
• kvantifikace vlhkosti ve žlutém pigmentu
• monitoring barevné síly a viskozity v inkoustech
• detekce katalyzátoru v černé podkladové barvě

Použitá metodika a instrumentace

Ve všech studiích byla využita spektroskopie v oblasti 1100–2500 nm (někdy rozšířená o viditelnou oblast 400–1100 nm), přičemž se střídaly přístroje Metrohm NIRSystems Model 5000 a Process Analytics Model 6500. Klíčové instrumenty:

• NIRS XDS RapidLiquid Analyzer (Model 5000, kapalné měření, koda 2.921.1410)
• NIRS XDS SmartProbe Analyzer (Model 5000, reflexní s vláknovou sondou, koda 2.921.1610)
• NIRS XDS RapidContent Analyzer Solids (Model 5000, pevné vzorky, koda 2.921.1120)
• NIRS XDS Process Analyzer s MicroBundle SinglePoint (Process Analytics 6500, koda 2.928.0110)
• NIRS XDS RapidContent Analyzer (Model 5000, koda 2.921.1110)

Vzorky byly analyzovány v transmise či v reflexním režimu, často s opakovaným přeměřením a kalibracemi PLS pro vybrané vlnové délky (např. 1678 nm pro barvivo, 1940 nm pro vodu, 430–800 nm pro barevnou sílu).

Hlavní výsledky a diskuse

• Dye strength: kalibrace pro koncentrace barviva 90–122 % prokázala přesnost SEC ~1 %.
• Vlhkost v pigmentových prášcích: kvalitativní rozlišení vlhkostních úrovní pomocí interaktance ve spektrálních polích 1360–1500 a 1845–1990 nm.
• Moisture ve žlutém pigmentu: kvantitativní detekce 0,3–2,6 % vlhkosti s vysokou citlivostí (SEC 0,1 %) u přípravy ve standardním i hrubém vzorkovacím kelímku.
• Barevná síla a viskozita inkoustů: PLS modely se 4 faktory (barevná síla, SEC 1,6) a 6 faktory (viskozita, SEC 0,2 %) v rozsahu 86–92 a 6,1–6,7 jednotky viskozity.
• Katalyzátor v černé podkladové barvě: rozlišení koncentrací 4, 8 a 14 %, ovlivněné překryvem spektra způsobeným přítomností TiO₂.

Přínosy a praktické využití metody

NIR spektroskopie umožňuje monitorovat klíčové parametry inkoustů a barev v reálném čase bez destrukce vzorku. To vede ke zrychlení výrobních procesů, snížení odpadu a větší opakovatelnosti výsledků. Inline sondy usnadňují integraci do výrobních linek a automatických protokolů kvality.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se širší zavádění kombinovaných VIS–NIR systémů, pokročilých algoritmů strojového učení pro robustnější kalibrace a větší využití inline měření v reálném čase v duchu Průmyslu 4.0. Další rozvoj může přinést zvýšení citlivosti na složitější složení směsí a adaptivní kalibrace pro variabilní suroviny.

Závěr

Studie prokázaly, že NIR spektroskopie je spolehlivý nástroj pro kontrolu kvality surovin, mezi­prostředků i finálních inkoustů a barev. Nabízí rychlou, přesnou a nedestruktivní analýzu klíčových složek a podporuje efektivní řízení výroby.

Reference

• Application Bulletin AB-411: Analysis of ink and paint using near-infrared spectroscopy, Metrohm NIRSystems.