摘要: 由于壓差法和等壓法在測(cè)試本質(zhì)上存在差異，因此每一種測(cè)試方法都有各自的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)以及數(shù)據(jù)體系。本文通過(guò)介紹真空法和傳感器法的測(cè)試特點(diǎn)，對(duì)包裝企業(yè)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及研究機(jī)構(gòu)在選擇透氣性測(cè)試方法方面給出了一些建議。
關(guān)鍵詞：壓差法,等壓法,透氣性
隨著對(duì)食品藥品包裝安全重視程度的提高，直接影響產(chǎn)品保質(zhì)期的包裝材料阻隔性能成為zui受關(guān)注的性能指標(biāo)之一，促進(jìn)了相關(guān)檢測(cè)的推廣。目前，材料的透氣性測(cè)試與透濕性測(cè)試已經(jīng)比較普及。
每項(xiàng)阻隔性指標(biāo)的檢測(cè)往往都有幾種測(cè)試方法，這些測(cè)試方法在檢測(cè)原理上存在一定的差異，這對(duì)各種測(cè)試方法之間數(shù)據(jù)的可比性會(huì)產(chǎn)生一定的影響。我們希望能獲得統(tǒng)一的數(shù)據(jù)體系，以便于進(jìn)行材料阻隔性能的數(shù)據(jù)比對(duì)。對(duì)于透濕性測(cè)試，按照標(biāo)準(zhǔn)要求通過(guò)標(biāo)定可以統(tǒng)一各種測(cè)試方法的數(shù)據(jù)體系，然而現(xiàn)行的透氣性測(cè)試中幾乎沒有采取任何手段來(lái)統(tǒng)一不同測(cè)試方法之間的數(shù)據(jù)體系，因此對(duì)于透氣性測(cè)試方法的選擇是非常重要的。
1．壓差法與等壓法在測(cè)試本質(zhì)上存在差異
真空法是壓差法中代表性的一種測(cè)試方法，在真空法的整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試氣體在試樣中的擴(kuò)散是單向單質(zhì)的，因此可以視為自擴(kuò)散，利用Fick定律就可以對(duì)整個(gè)擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行描述。而對(duì)于等壓法（應(yīng)用zui廣泛的等壓法是傳感器法），由于測(cè)試環(huán)境中存在兩種數(shù)量相當(dāng)?shù)臍怏w，從測(cè)試下腔向測(cè)試上腔存在載氣（氮?dú)猓┑哪嫦驖B透，因此擴(kuò)散物質(zhì)有兩種，是互擴(kuò)散，實(shí)際數(shù)據(jù)比對(duì)證明等壓法數(shù)據(jù)與壓差法數(shù)據(jù)相近但不*一致，這表明氮?dú)獾哪嫦驖B透確實(shí)在影響著氧氣的滲透過(guò)程。所以等壓法與傳統(tǒng)壓差法存在著本質(zhì)上的不同，是兩類不同的測(cè)試方法。
2．各種透氣性測(cè)試方法的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)
2.1 真空法
由于膜技術(shù)理論的支持，真空法在透氣性測(cè)試中一直作為基礎(chǔ)方法使用，是上通用性zui強(qiáng)的測(cè)試方法，上制訂的真空法透氣性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)也是zui多的，它常作為*法被采用。
真空法的突出優(yōu)點(diǎn)有：
1. 對(duì)于測(cè)試氣體沒有選擇性，可以進(jìn)行對(duì)氧氣、二氧化碳、氮?dú)狻⒖諝獾瘸Ｒ姛o(wú)機(jī)氣體的檢測(cè)。
2. 測(cè)試過(guò)程中測(cè)試氣體使用量很少，設(shè)備結(jié)構(gòu)中幾乎沒有消耗型元器件，因此測(cè)試成本很低。
3. 測(cè)試?yán)碚摮墒欤趯W(xué)術(shù)界用菲克定律等經(jīng)典滲透理論有完善的解釋，通過(guò)試驗(yàn)可以得到被測(cè)材料的本質(zhì)性參數(shù)，即溶解度系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)、滲透系數(shù)。通用性強(qiáng)，無(wú)需特殊約定，因此是科研院校、質(zhì)檢機(jī)構(gòu)的。
4. 試驗(yàn)效率高。由于在進(jìn)入正式試驗(yàn)之前有一段抽真空的時(shí)間，并且要求測(cè)試腔達(dá)到一定的真空度，因此倘若在試樣裝夾過(guò)程中出現(xiàn)失誤會(huì)在抽真空時(shí)被發(fā)現(xiàn)，操作人員可以及時(shí)更換試樣重新試驗(yàn)，大大縮短無(wú)效試驗(yàn)時(shí)間。
5. 測(cè)試環(huán)境中氣體“純凈”。由于在真空法的試驗(yàn)過(guò)程中會(huì)先對(duì)整個(gè)測(cè)試腔抽真空至27Pa以下，再對(duì)測(cè)試上腔充入純凈的測(cè)試氣體，這樣在整個(gè)試驗(yàn)環(huán)境中的雜質(zhì)氣體（非試驗(yàn)氣體）就*可以忽略了，因此雜質(zhì)氣體可能給試驗(yàn)帶來(lái)的影響就能排除了。
當(dāng)然，由于試樣兩側(cè)存在0.1MPa壓力差使得真空法要實(shí)現(xiàn)容器的透氣性檢測(cè)非常困難。
2.2 傳感器法
傳感器法的測(cè)試原理是在測(cè)試試樣兩側(cè)保持常壓，使得試樣兩側(cè)的壓力相等，這也給容器透氧性檢測(cè)奠定了基礎(chǔ)，可避免由于容器壁兩側(cè)壓差過(guò)大導(dǎo)致容器爆裂的情況。容器的外形可以是瓶、袋、盒等，當(dāng)前市面上的容器類包裝幾乎都可以進(jìn)行整體的透氧性檢測(cè)，有效避免了由于片材檢測(cè)推算導(dǎo)致的誤差。
然而，在測(cè)試試樣種類豐富的同時(shí)，傳感器法在測(cè)試氣體種類、測(cè)試成本等方面仍有待改善。
1. 試驗(yàn)氣體單一，測(cè)試成本高。利用氧傳感器檢測(cè)材料的氧氣透過(guò)率是傳感器法zui常見的應(yīng)用，當(dāng)然如果將氧傳感器換為二氧化碳傳感器就能檢測(cè)材料的二氧化碳透過(guò)率。由于氮?dú)庾鳛檩d氣用于輸送滲透通過(guò)試樣的測(cè)試氣體，所以目前利用傳感器法檢測(cè)材料的氮?dú)馔高^(guò)率還是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。不過(guò)即使是要利用傳感器法在檢測(cè)材料的氧氣透過(guò)率同時(shí)再檢測(cè)二氧化碳透過(guò)率，使用者也需要再額外購(gòu)買二氧化碳傳感器，而且所用氣體傳感器都是消耗型的，因此檢測(cè)成本很高。
2. 標(biāo)定周期較短。由于使用的氣體傳感器屬于消耗型元件，所以設(shè)備標(biāo)定所得的校正因子并不是長(zhǎng)期有效的，需要根據(jù)要求進(jìn)行周期性設(shè)備標(biāo)定，否則測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)受到影響。
3. 測(cè)試環(huán)境中氣體較多，載氣的逆向滲透會(huì)影響測(cè)試氣體（氧氣）的正向滲透速率，這種影響無(wú)法量化，而且因材料的不同而存在差異。因此傳感器法只適用于在事先的約定下（如在某些區(qū)域的包裝行業(yè)）測(cè)定試樣本身的個(gè)體性質(zhì)，即氧氣（或二氧化碳）的透過(guò)量，而非用于材料滲透特性參數(shù)的檢測(cè)。
3．如何選擇透氣性測(cè)試方法
包裝廠商以及相關(guān)研究、檢測(cè)機(jī)構(gòu)應(yīng)該選擇基于哪一種測(cè)試方法的透氣性測(cè)試儀？我們這里給出幾點(diǎn)建議。
首先，設(shè)備所使用的試驗(yàn)方法應(yīng)該符合國(guó)家的相關(guān)政策以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。例如在目前全國(guó)開展的食品用塑料包裝、容器、工具等制品生產(chǎn)許可審查中塑料薄膜的透氣性測(cè)試方法是壓差法（GB/T 1038），所以執(zhí)行檢測(cè)的相關(guān)機(jī)構(gòu)以及相關(guān)薄膜生產(chǎn)廠商所使用的透氣性測(cè)試設(shè)備采用的方法就應(yīng)該是壓差法。對(duì)于其他從事檢測(cè)和科研的機(jī)構(gòu)來(lái)講，應(yīng)該執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
其次，根據(jù)市場(chǎng)上的應(yīng)用情況進(jìn)行選擇。等壓法與壓差法都有各自的一套數(shù)據(jù)體系，盡管很多機(jī)構(gòu)都在嘗試將2種數(shù)據(jù)體系進(jìn)行統(tǒng)一，然而尚無(wú)實(shí)質(zhì)性的結(jié)論或者成果。所以設(shè)備的使用者在選購(gòu)?fù)笟庑詸z測(cè)設(shè)備時(shí)選擇與國(guó)家機(jī)構(gòu)相同原理的檢測(cè)設(shè)備，避免由于測(cè)試方法的不同影響到材料的指標(biāo)定論。
再次，對(duì)于一些有特殊要求的使用者來(lái)講，充分認(rèn)識(shí)壓差法與等壓法的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)是非常必要的。例如容器生產(chǎn)企業(yè)選購(gòu)等壓法設(shè)備，可以添加附件實(shí)現(xiàn)容器的整體檢測(cè)，這樣測(cè)試數(shù)據(jù)更具有實(shí)用性。如果測(cè)試氣體種類較多，就要選擇壓差法設(shè)備。若將測(cè)試成本也納入考慮因素的話，壓差法是更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的選擇。
