概要：本文結(jié)合 ASTM D 3985 標(biāo)準(zhǔn)，簡單介紹了利用電量分析法（庫侖法）檢測薄膜、片材的透氧性，并詳細(xì)介紹了該方法的測試原理及試驗過程。 關(guān)鍵詞： ASTM D 3985，庫侖傳感器，透過率，法拉第定律，電量分析法 隨著貿(mào)易全球化速度的加快，一些用于美國商貿(mào)中的測試技術(shù)在我國也逐漸有所應(yīng)用。自我國加入 WTO 之后，藥包材的檢測標(biāo)準(zhǔn)就增加了兩種傳感器類材料阻隔性檢測方法：用于薄膜透氧性測試的電量分析法（庫侖傳感器法），以及用于薄膜透濕性測試的電解分析法。這兩種方法由于并非我國國標(biāo)中所采用的方法，所以在我國的應(yīng)用還比較少。 YBB00082003 中對電量分析法的介紹相對較少，現(xiàn)結(jié)合 YBB00082003 的參照標(biāo)準(zhǔn) ASTM D 3985 進行詳細(xì)介紹。
1、適用范圍 This test method covers a procedure for determination of the steady-state rate of transmission of oxygen gas through plastics in the form of film, sheeting, laminates, coextrusions, or plastic-coated papers or fabrics. [1] （本測試方法探討了一種用于確定氧氣滲透通過某些塑料的穩(wěn)定滲透速率的測試方法，包括薄膜、薄片、層壓膜、擠出膜、涂塑紙張或織物。）本標(biāo)準(zhǔn)僅用于檢測試樣在干燥狀態(tài)（相對濕度在 1％ RH 以下）的透氧性，在潮濕狀態(tài)下進行檢測可參見 ASTM F 1927，多數(shù)薄膜的透氧性會隨著濕度的變化出現(xiàn)顯著差異。
2、測試方法概要 The specimen is mounted as a sealed semi-barrier between two chambers at ambient atmospheric pressure. One chamber is slowly purged by a stream of nitrogen and the other chamber contains oxygen. As oxygen gas permeates through the film into the nitrogen carrier gas, it is transported to the coulometric detector where it produces an electrical current, the magnitude of which is proportional to the amount of oxygen flowing into the detector per unit time. [1] （試樣作為密封的半阻隔物，在環(huán)境大氣壓下裝夾于兩測試腔之間。一腔被氮氣流緩慢凈化，另一腔 充有氧氣。當(dāng)氧氣滲透通過薄膜進入載氣氮氣流中，它會被載氣流攜帶至庫侖傳感器處，庫侖傳感器探測到氧氣會輸出電流，電流的大小與單位時間內(nèi)流入傳感器的氧氣總量成比例。）其中氧氣為測試氣體，氮氣 為載氣氣體，上腔為氧濃度高的一側(cè)，而下腔為氧濃度低的一側(cè)（可參見圖 1），這樣就在試樣兩側(cè)形成一定的氧濃度差，在整個滲透過程中氧氣從上腔透過試樣向下腔滲透。 圖 1. 電量分析法設(shè)備原理圖3、測試干擾 The presence of certain interfering substances in the carrier gas stream may give rise to unwanted electrical outputs and error factors. Interfering substances include free chlorine and some strong oxidizing agents. Exposure to carbon dioxide should also be minimized to avoid damage to the sensor through reaction with the potassium hydroxide electrolyte. [1] （當(dāng)載氣流中存在某些干擾介質(zhì)時可能會使輸出電信號增大，并增加誤差因素。干擾物質(zhì)包括游離氯以及一些強氧化劑。應(yīng)盡量減少暴露在二氧化碳中，因為與氫氧化鉀電解液的反應(yīng)會對傳感器產(chǎn)生損害。） 4、設(shè)備的標(biāo)定 The oxygen sensor used in this test method is a coulometric device that yields a linear output as predicted by Faraday`s Law. In principle, four electrons are produced by the sensor for each molecule of oxygen that passes into it. Experience has shown… under some circumstances the sensor may become depleted or damaged to the extent that efficiency and response are impaired. For that reason, this test method incorporates means for a periodic sensor evaluation. [1] （本測試方法中所使用的氧氣傳感器是一種按照法拉第定律產(chǎn)生線性輸出的庫侖裝置。在原理上，每個進入傳感器的氧分子可以使得傳感器輸出 4 個電子。經(jīng)驗表明…在一些情況下會由于傳感器損耗、損壞達到一定程度而削弱傳感器的響應(yīng)效率。因此，在本試驗方法中寫入了傳感器的周期評估方法。）標(biāo)定設(shè)備時需要使用標(biāo)準(zhǔn)膜，由于標(biāo)準(zhǔn)膜的數(shù)據(jù)能夠直接影響到標(biāo)定系數(shù) Q 的測定，因此需要特別注意標(biāo)準(zhǔn)膜的準(zhǔn)備以及標(biāo)定試驗的重復(fù)性。本標(biāo)準(zhǔn)中使用 NIST 標(biāo)準(zhǔn)材料進行標(biāo)定測試。 5、試驗過程 Preparation of apparatus… Heating the apparatus will speed the drying and outgassing process… Inserting the specimen… Purging the system… purge air from the upper and lower diffusion cell chambers, using a flow rate of 50 to 60 mL. After 3 or 4 min, reduce the flow rate to the desired value between 5 and 15 mL/min. Maintain this configuration for 30min… INSERT THE SENSOR so that the carrier gas which has passed through both sides of the diffusion cell is diverted into the sensor… Establish E 0 … Switch OXYGEN into the test-gas side of the diffusion cell… The sensor output current should increase gradually, ultimately stabilizing at a constant value. While some thin films with high diffusion coefficients may reach equilibrium in 30 to 60 min, thicker or more complex structures may require a number of hours to reach a steady state of gas transmission. The steady-state voltage value of the oxygen transmission rate shall be recorded and labelled E e . [1] （準(zhǔn)備設(shè)備。…對設(shè)備進行加熱可加速干燥過程以及脫氣過程。…插入試樣。…吹掃系統(tǒng)…用 50 ～ 60mL 的氮氣流凈化上下腔內(nèi)的空氣。3、4 分鐘后將氮氣流流速降至 5 ～ 15mL/min 內(nèi)某一理想流速。保持這種配置 30 分鐘。…將設(shè)備調(diào)至 INSERT THE SENSOR 狀態(tài)，這樣就可以將流經(jīng)上下腔中的載氣氣流引入傳感器。…確定 E 0。…將擴散腔中試驗氣體一側(cè)調(diào)至 OXYGEN 狀態(tài)。…傳感器輸出電流將逐漸增大，最終穩(wěn)定在一恒定值上。對于較薄且擴散系數(shù)大的薄膜達到滲透平衡可能僅需 30 ～ 60 分鐘，但對較厚且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄膜要達到穩(wěn)定滲透的狀態(tài)可能需要數(shù)小時。記錄氧氣滲透穩(wěn)定時的電壓值，并將它標(biāo)為 E e。）在整個試驗過程中，載氣流的流速是否合適是至關(guān)重要的，必須按照標(biāo)準(zhǔn)精確調(diào)節(jié)。 試驗結(jié)束后，可按照標(biāo)準(zhǔn)中給出的公式由試驗中得到的 E 0 和 E e 計算得出試樣的氧氣透過系數(shù)。 6、其它注意事項 首先，采用的氧氣傳感器是消耗型傳感器，當(dāng)傳感器的輸出信號出現(xiàn)了明顯的衰減且無法通過標(biāo)定系統(tǒng)來彌補時就需要更換傳感器。Back diffusion of air into the unit is undesirable. [1] （最好不要出現(xiàn)空氣反向滲透進入系統(tǒng)的情況。）因為空氣中的氧會消耗傳感器，縮短其使用時間。 其次， High oxygen concentrations in the carrier gas, from the testing of poor barriers, will tend to produce detector saturation. [1] （測試低阻隔性試樣時，載氣流中的氧含量高，這將使傳感器趨于飽和。）這樣會縮短傳感器的使用時間。有兩個方法可以解決這個問題，一種是將氧氣和氮氣混合以降低測試氣體中的氧氣含量（測試時試樣兩側(cè)的氧濃度差降低），另一種是用膠粘劑或環(huán)氧樹脂將由薄金屬片或鋁箔制成的遮擋板粘貼在試樣兩側(cè)以減少試樣的面積，這時試樣面積等于遮擋板上的開口面積。 再次，需要控制測試溫度。Temperature is a critical parameter affecting the measurement of O2 GTR. [1] （溫度是影響試樣氧氣透過性測試的關(guān)鍵參數(shù)。）嚴(yán)格控溫可以減小由于溫度波動給測試結(jié)果帶來的影響。 7、總結(jié) ASTM D 3985 是目前使用氧傳感器檢測薄膜透氧性的常用標(biāo)準(zhǔn)，也是 YBB00082003 中電量分析法的參照標(biāo)準(zhǔn)，對于這條標(biāo)準(zhǔn)的深入理解將有助于更好地執(zhí)行 YBB00082003。溫度和濕度是影響最終試驗數(shù)據(jù)的關(guān)鍵參數(shù)，因此對試驗環(huán)境進行有效控制是提高試驗精度及效率的有效手段。
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