ASTM F1307 معدل انتقال الأكسجين عبر العبوات الجافة باستخدام مستشعر كولومتري

تصف طريقة الاختبار القياسية ASTM F1307 لمعدل توصيل الأكسجين عبر العبوات الجافة باستخدام مستشعر كولومتري ، والتي طورتها الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد (ASTM) ، طريقة اختبار لتحديد معدل توصيل غاز الأكسجين في حالة الاستقرار عبر العبوات. وبشكل أكثر تحديدًا، تنطبق هذه الطريقة على العبوات التي ستُستخدم في بيئة جافة أثناء الاستخدام العادي.

ولأغراض هذا المعيار، تنطبق المصطلحات والتعريفات التالية:

• معدل انتقال غاز الأكسجين هو كمية غاز الأكسجين التي تمر عبر سطح العبوة في وحدة الزمن عند تطبيقها عليها. يجب تحديد شروط الاختبار، بما في ذلك درجة الحرارة، والضغط الجزئي للأكسجين، والرطوبة على جانبي العبوة. الفيلم التقليدي لتمييزه عن نتائج معدل انتقال غاز الأكسجين، يُستخدم مصطلح "الحزمة" في وحدة معدل الانتقال. بخلاف اختبارات الأغشية، حيث تكون منطقة الاختبار معروفة دائمًا، غالبًا ما يتضمن قياس معدل انتقال الأكسجين في الحزمة أنظمة معقدة، بما في ذلك الأختام والسدادات، التي يحدث من خلالها انتقال الأكسجين. يُعد اختبار معدل انتقال غاز الأكسجين في الحزمة عادةً اختبارًا لنظام التغليف، وليس اختبارًا بسيطًا للمكونات.
• معامل نفاذية الأكسجين هو حاصل ضرب نفاذية الحاجز في سُمكه. النفاذية ذات دلالة إحصائية فقط في المواد المتجانسة، وفي هذه الحالة تُعدّ خاصية مميزة للمادة الخام. لا تُستخدم هذه القيمة إلا بعد التحقق من العلاقة بين السُمك والنفاذية في اختبارات باستخدام سُمك مواد مختلفة.
• تعبر نفاذية الأكسجين عن نسبة معدل انتقال غاز الأكسجين إلى الفرق بين الضغط الجزئي للأكسجين على جانبي جدار العبوة.

تستخدم طريقة الاختبار هذه مستشعر أكسجين كولومتري ومعداته الملحقة، بترتيب مماثل لما هو موضح في معيار ASTM D3985، "طريقة الاختبار القياسية لمعدل انتقال غاز الأكسجين عبر الأغشية والصفائح البلاستيكية باستخدام مستشعر كولومتري". يُحدَّد معدل انتقال غاز الأكسجين بعد تثبيت العبوة في جهاز اختبار وموازنتها في بيئة الاختبار.

تُركَّب العبوة بحيث يُعرَّض سطحها الخارجي لتركيز أكسجين مُحدَّد، بينما يُنظَّف داخلها ببطء بتيار من النيتروجين. يُمكن تعريض العبوة لهواء الغرفة المُحيط الذي يحتوي على 20,8% أكسجين، أو غمرها في جوٍّ مُشبَّع بالأكسجين بنسبة 100%. مع انتشار الأكسجين عبر جدران العبوة إلى غاز النيتروجين الحامل، يُنقل إلى كاشف الكولومتر، حيث يُولِّد تيارًا كهربائيًا يتناسب مع كمية الأكسجين المُتدفِّقة إلى الكاشف في وحدة الزمن.

يُعد معدل انتقال غاز الأكسجين عاملاً حاسماً في الحماية التي توفرها مواد الحاجز. ومع ذلك، فهو ليس العامل الحاسم الوحيد، إذ ينبغي إجراء اختبارات تجريبية إضافية لربط أداء العبوة بمعدل انتقال غاز الأكسجين. تُعد طريقة الاختبار هذه مناسبة كطريقة اختبار مُراجعة من قِبل أقران إذا اتفق المستخدم والمصدر على إجراءات أخذ العينات، وإجراءات التوحيد القياسي، وشروط الاختبار، ومعايير القبول.

قد يؤدي وجود بعض المواد المتداخلة في تيار الغاز الحامل إلى مخرجات كهربائية غير مرغوب فيها وزيادة عوامل الخطأ. تشمل هذه المواد الكلور الحر وبعض العوامل المؤكسدة القوية. كما يجب تقليل التعرض لثاني أكسيد الكربون إلى أدنى حد لمنع تلف المستشعر نتيجة تفاعله مع إلكتروليت هيدروكسيد البوتاسيوم.

يتكون جهاز نقل غاز الأكسجين المستخدم في الاختبارات من الأجزاء التالية:

• توفر محطات اختبار العبوات وسيلةً لدخول وخروج تيارات غاز النيتروجين الحامل دون أي فقد أو تسرب يُذكر. وقد أثبتت التجربة أن استخدام محطات اختبار عبوات متعددة يُعدّ طريقةً عمليةً لزيادة عدد القياسات المتاحة من مستشعر كولومتري. يربط مشعب صمام جانب غاز النيتروجين الحامل في كل محطة اختبار بالمستشعر بنمط مُحدد مسبقًا. يُزيل غاز النيتروجين الحامل باستمرار جوانب غاز النيتروجين الحامل للعبوات غير المتصلة بالمستشعر. يلامس غاز الاختبار المناسب (100% أكسجين) أو هواء الغرفة العادي (20,8% أكسجين) الجزء الخارجي من العبوة.
• خلية الانتشار هي قطعة معدنية تتكون من نصفين، وعند إغلاقها فوق الغشاء المستخدم لمعايرة النظام، تُحدد بدقة المساحة الدائرية لذلك الغشاء. تبلغ مساحة خلية الانتشار النموذجية 100 سم² و30 سم². لا تُعدّ أحجام الخلية فوق الغشاء المغلق وتحته حرجة؛ إذ يجب أن تكون صغيرة بما يكفي للسماح بتبادل سريع للغازات، ولكن ليس لدرجة أن يلامس غشاء متدلي أو منتفخ غير مدعوم أعلى الخلية أو أسفلها. تتوفر أجهزة لقياس درجة حرارة الخلية.
• يحتوي أخدود ذو حجم مناسب، مُشَكَّل آليًا في جانب الأكسجين (أو غاز الاختبار) من خلية الانتشار، على حلقة مطاطية من النيوبرين. تُعرَّف منطقة الاختبار بأنها المساحة الناتجة عن قطر التلامس الداخلي للحلقة المطاطية المضغوطة عند ضغط خلية الانتشار على عينة الاختبار. يمكن تحديد هذه المساحة بقياس القطر الداخلي للبصمة التي تتركها الحلقة المطاطية على العينة بعد إزالتها من خلية الانتشار.
• يجب أن يكون لجانب النيتروجين (أو الغاز الحامل) من خلية الانتشار حافة مسطحة ومرتفعة. تُعد هذه الحافة سطح العزل الذي تُضغط عليه عينة الاختبار، لذا يجب أن تكون ناعمة ومسطحة وخالية من الخدوش التي قد تُسبب التسرب. يجب أن يكون لكلا نصفي خلية الانتشار وصلات مناسبة لدخول الغاز ومخرجه دون أي فقدان أو تسرب يُذكر. يُفضل استخدام نظام تحكم حراري لخلية الانتشار. يكفي استخدام سخان مقاومة بسيط متصل بجانب الغاز الحامل للخلية لضمان اتصال حراري جيد لهذا الغرض. يُنظم مستشعر الثرمستور ودائرة تحكم مناسبة درجة حرارة الخلية ما لم تُؤخذ القياسات بالقرب من درجة الحرارة المحيطة. في هذه الحالة، يُفضل توفير ملفات تبريد لتخفيف بعض الحرارة.
• سرير المحفز هو أنبوب معدني صغير مع تجهيزات للتوصيل بمدخل التركيب الهوائي للغاز النيتروجيني الذي يحتوي على 3% إلى 5% من محفز البلاتين أو البلاديوم على الألومينا ويوفر غاز ناقل خالٍ من الأكسجين بشكل أساسي لخلية الانتشار ومحطة اختبار كل حزمة.
• هناك حاجة إلى مقياس تدفق بنطاق تشغيل يتراوح من 5 إلى 100 مل/دقيقة لمراقبة معدل تدفق غاز الناقل النيتروجيني المار عبر كل محطة اختبار.
• صمامات تحويل التدفق عبارة عن صمامين أو أكثر لتبديل تدفق النيتروجين وتدفق غاز الاختبار.
• لمراقبة كمية الأكسجين المقدمة، يتم استخدام مستشعر كولومتري حساس للأكسجين، والذي يعمل بكفاءة ثابتة بشكل أساسي.

مؤسستنا، التي تدعم الشركات في جميع القطاعات منذ سنوات من خلال مجموعة واسعة من أنشطة الاختبار والقياس والتحليل والتقييم، تفخر بفريق عمل قوي يتابع عن كثب التطورات العالمية في العلوم والتكنولوجيا، ويعمل على تطوير مهاراته باستمرار. في هذا السياق، نقدم أيضًا خدمات الاختبار وفقًا لمعيار ASTM F1307 لطريقة الاختبار القياسية لمعدل انتقال الأكسجين عبر العبوات الجافة باستخدام مستشعر كولومتري.