ASTM F1307 使用庫侖法感測器測量乾燥包裝中的氧氣透過率

美國材料與試驗協會 (ASTM) 制定的 ASTM F1307 標準測試方法《使用庫侖感測器測定乾燥包裝氧氣輸送速率》描述了一種測定包裝內氧氣穩態輸送速率的測試方法。更具體地說，該方法適用於正常使用情況下處於乾燥環境中的包裝。

就本標準而言，適用以下術語和定義：

• 氧氣透過率是指單位時間內透過包裝表面的氧氣量。測試條件應具體說明，包括包裝兩側的溫度、氧分壓和濕度。傳統薄膜 為了與氧氣透過率結果區分開來，在透過率單位中使用「包裝」一詞。與薄膜測試（測試區域始終已知）不同，包裝氧氣透過率測量通常涉及複雜的系統，包括密封和封蓋，氧氣透過這些系統進行。包裝氧氣透過率測試通常是包裝系統測試，而非簡單的組件測試。
• 氧氣滲透係數是阻隔層滲透率與其厚度的乘積。滲透率僅對均質材料有意義，在這種情況下，它是本體材料的特性。除非已使用不同厚度的材料進行測試，並驗證了厚度與滲透率之間的關係，否則不應使用此參數。
• 氧氣透過率表示氧氣透過率與包裝壁兩側氧氣分壓差之比。

此測試方法使用庫侖法氧氣感測器及相關設備，其佈置類似於 ASTM D3985《使用庫侖法感測器測量塑膠薄膜和薄片氧氣透過率的標準測試方法》中所述的佈置。將包裝安裝在測試夾具上並在測試環境中達到平衡後，即可測定氧氣透過率。

此封裝的安裝方式是，使封裝外部暴露於已知濃度的氧氣中，同時用氮氣流緩慢吹掃封裝內部。封裝可以暴露於含氧量為20,8%的室內空氣中，也可以浸入100%的氧氣環境中。當氧氣透過封裝壁擴散到氮氣載氣中時，它會被輸送到庫侖檢測器，並在那裡產生與單位時間內流向檢測器的氧氣量成比例的電流。

氧氣透過率是決定阻隔材料防護性能的重要因素。然而，它並非唯一的決定因素，應進行額外的實證測試，以將包裝性能與氧氣透過率關聯起來。如果使用者和供應商就取樣程序、標準化程序、測試條件和驗收標準達成一致，則本測試方法適合作為同儕審查的測試方法。

載氣流中存在某些幹擾物質會導致不良的電輸出和誤差因素。幹擾物質包括遊離氯和一些強氧化劑。也應盡量減少接觸二氧化碳，以防止其與氫氧化鉀電解液反應，並損壞感測器。

試驗所使用的氧氣透過裝置由下列部分組成：

• 包裝測試站提供氮氣載氣流的進出通道，不會造成重大損失或洩漏。經驗表明，使用多個包裝測試站的佈置是增加庫侖感測器測量數量的實用方法。閥組以預定模式將每個測試站的載氣側連接到感知器。載氣會持續吹掃未連接到感知器的包裝的載氣側。適當的測試氣體（100% 氧氣）或普通室內空氣（20,8% 氧氣）與包裝外部接觸。
• 擴散池是由兩半金屬製成的，當其閉合覆蓋用於系統校準的薄膜時，可以精確定義該薄膜的圓形區域。典型的擴散池面積為 100 cm² 和 30 cm²。擴散池內薄膜閉合後上方和下方的體積並不重要；它們應該足夠小以允許快速氣體交換，但又不能太小，以免懸垂或鼓起的無支撐薄膜接觸擴散池的頂部或底部。擴散池配有用於測量擴散池溫度的儀器。
• 擴散池的氧氣（或測試氣體）側加工有適當尺寸的凹槽，用於固定氯丁橡膠O形環。測試面積定義為擴散池壓緊測試樣品時，O形圈內徑與測試樣品接觸形成的面積。此面積可以透過測量O形圈從擴散池中取出後在樣品上留下的壓痕內徑來確定。
• 擴散池的氮氣（或載氣）側應具有平坦的凸起邊緣。此邊緣是測試樣品壓緊的密封面，因此應光滑平整，無可能導致洩漏的刮痕。擴散池的兩半都應具有合適的氣體入口和出口連接，且不會出現明顯的損耗或洩漏。擴散池最好採用恆溫控制。為此，只需在擴散池的載氣側連接一個簡單的電阻加熱器，以確保良好的熱接觸。除非測量是在接近環境溫度的溫度下進行的，否則熱敏電阻感測器和適當的控制電路將調節擴散池溫度。在這種情況下，最好提供冷卻盤管來消除部分熱量。
• 催化劑床是一根帶有配件的小金屬管，用於連接到氮氣氣動配件的入口，其中含有 3% 至 5% 的氧化鋁鉑或鈀催化劑，並為擴散池和每個包裝測試站提供基本上無氧的載氣。
• 需要一個工作範圍為 5 至 100 mL/min 的流量計來監測通過每個測試站的氮氣載氣的流速。
• 流量分流閥是兩個或更多用於切換氮氣和測試氣體流量的閥門。
• 為了監測輸送的氧氣量，使用了對氧氣敏感的庫侖感測器，該感測器以基本恆定的效率運作。

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