透气性测试方法及设备应用分析(下)
3、等压法
目前用于包装材料透气性检测的等压法主要是传感器法，它以检测材料的透氧性为主，该方法对试验气体有选择性，测试原理（参见图 2）如下：利用试样将渗透腔隔成两个独立的气流系统，一侧为流动的测试气体（A，可以是纯氧气或是含氧气的混合气体），另一侧为流动的干燥氮气（B）。试样两边的压力相等，但氧气分压不同。氧气在浓度差作用下透过薄膜进入氮气流，被送至氧传感器中，由氧传感器精确测量出氮气流中携带的氧气量，从而计算出材料的氧气透过率。传感器法设备在正式试验之前需要使用标准膜进行设备标定，确定设备的校正因子，并将它用于正式试验的计算中。传感器法的相关标准有 ISO 15105-2，ASTM D 3985，ASTM F 1927，ASTM F 1307 等。ISO 15105-2 提供的氧气透过量（O2 GTR）计算公式如下：
式中： U ——试样测试时的输出电压信号；
U0 ——电压零信号；
k ——设备的校正因子；
Pa ——环境大气压；
P0 ——测试气体中的氧气分压差；
A ——有效渗透面积。
在检测材料的氧气透过率时使用的是氧传感器，只能对氧气的渗透性进行分析，由于氮气作为载气用于输送渗透通过试样的测试气体，所以目前利用这种测试结构检测氮气透过率还是无法实现的。
传感器法是随着氧探测器技术的不断成熟而出现的。相对于真空法测试，它的试验时间有一定的缩短，更常用于国际贸易中高阻隔性材料的检测。另外，由于使用的传感器属消耗型元件，所以设备标定所得的校正因子并不是长期有效的，需要根据要求进行周期性设备标定。当传感器的损耗达到一定程度时必须更换，因此传感器法设备的检测成本比压差法设备的检测成本要高一些。不同厂商的设备其传感器的使用寿命会有较大差别， Labthink TOY-C1所采用的氧传感器在正常使用情况下预计能够使用12－30个月，算是使用时间比较长的了。等压法在测试试样两侧保持常压，使得试样两侧的压力相等，这给容器透气性检测奠定了基础，可避免由于容器壁两侧压差过大导致容器爆裂的情况。ASTM F 1307是检测容器透氧性的测试标准，它与ASTM D 3985（检测薄膜、薄片的透氧性）对设备结构的设计以及氧传感器的使用方式相近，将容器检测附件拆卸之后，同一款设备完全可以按照 ASTM D 3985 进行薄膜、片材的透氧性测试。目前市场上已经有几款同时具有容器、薄膜透氧性检测双重功能的检测设备，如Labthink TOY-C1容器/薄膜透氧仪。
4、测试设备的选择
压差法和等压法的测试原理不同，测试条件不同，试验结果的单位也不相同（压差法单位是：cm3/m2·24h·0.1MP，等压法单位是： cm3/m2·d），所以由这两种方法得到的未经校正的原始数据，从理论上说不具备可比性。但通过使用标准膜标定等压法设备并将校正因子用于正式试验后，压差法和等压法的试验结果就可以比较了。
在我国，压差法设备的市场占有率要远高于等压法设备，这一方面是由于我国现行标准中仅采用压差法检测材料的透气性，另一方面也是与压差法的深厚理论基础有关。在欧洲、日本，尽管在这些地区两种透气性检测方法都得到认可，但压差法设备更受科研、检测机构的青睐。 有时，选购者在选购透气性测试设备时无法判定哪一类测试设备更贴近自己的实际检测用途，这里给出一些建议，希望能够给有意选购透气性检测设备的人士提供一些帮助。首先，一般对于研究机构（如研究所、高等院校等）多选购真空压差法设备，这类设备可同时检测材料的渗透系数、扩散系数、溶解度系数，对材料渗透性能的研究有一定的指导意义，而且压差法设备对测试气体的通用性非常好。其次，对于充气、气调等包装来讲，包装材料的实际使用环境更接近等压法的测试环境，但对真空包装材料还是使用真空压差法检测更优，因为真空包装材料的使用环境与真空压差法的试验环境更加接近。再看测试对象的集中性和测试频率，如果检测项目专一而且测试频率不高，如仅检测透氧性，可考虑采用等压法的透氧仪；如果检测项目类别较多（像材料对氧气、氮气、二氧化碳的阻隔性），就需要采用压差法设备；如果测试频率较高，也可考虑采用压差法设备，因为等压法设备的传感器是消耗型的，检测任务越多，使用时间越短，而且更换传感器所需费用较高，压差法设备的检测成本相对要低一些。
信息来源:兰光实验室
