CN1615431A - 测定气态物质经过薄膜的渗透的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于测量通过包装物材料的气体渗透的方法和装置。特别是，涉及预测气态物质通过包装壁的透过率的方法，所述透过率是包装内所含有的有限数量的气态物质测定浓度的时间函数。更加特别的是，本发明涉及检测氧气进入例如食品和制药工业采用的包装物的透过率的方法和装置。

Description

测定气态物质经过薄膜的渗透的方法和装置

本发明涉及测量气体经过包装材料的渗透的方法和装置。特别是，本发明涉及预测气态物质通过包装壁的透过率的方法，所述透过率是包装物内气态物质有限数量的测定浓度的时间函数。更加特别的是，本发明涉及一种有效的、通用的、费用相对较低的检测氧气进入包装物的透过率的方法和装置，所述包装物例如是在食品和制药工业中所采用的。

背景

在所有食品中，有近80％对水蒸汽、味道和气味的丢失或摄取敏感。因此，这些食品必需贮藏在不包括上述一种或多种气体的保护环境中。特别是，当氧气渗透进入食品包装时，众所周知地会对食品的风味、质地、颜色、营养和/或保存期产生损害，因此其会造成严重的问题。氧气参与了很多影响食品保存期的反应，例如微生物的生长、鲜肉和腌肉的颜色变化、脂质氧化以及之后的酸败，水果和蔬菜的老化。因此，许多食品的保存期由食品包装材料的氧气透过率(OTR)所决定，尤其是在长期保存过程中。

据估计，在1991年，仅在美国就引入了超过10000种的新食品，而该市场一年的总销量为数十亿美元。通常，食品以小的、常常是独立包装的单元出售。因此，包装材料的费用成为非常重要的竞争因素，同时寻求在价格和阻隔上述气体的性能方面达到最佳平衡的材料越来越重要。

上述挑战导致了在食品工业中越来越多地使用阻隔包装物，这是由于它们提供了实用的和具有成本效率的包装食品的方式，同时还提供了良好的保护以防止周围空气中的有害气体。在食品包装市场上，“阻隔塑料”部分是发展最迅速的一个部门，目前在世界范围内都在寻求新的和改进的用于食品包装的塑料阻隔材料，为种类广泛的产品提供防止气体渗透的更佳保护，以及更长的保存期。

因此，提供给包装设计者的阻隔塑料包装物的数量和类型急剧增长。继而出现的挑战是，对所要包装食品的需求进行量化，并将适当的阻隔材料与特定的应用相匹配。这样，对检测包装材料的阻隔性能特别是氧气透过率(OTR)的需求不断增长。

现有技术

通常在对食品包装物的商业检测中，目前所采用的是ASTM认可的等压法，包括动态渗透室(流动气体系统)和敏感的氧气特异性库仑检测器。在该方法中，在包装材料片层的一侧通过含有已知和预先设定的氧气含量的气流，在片层的另一侧通过不含氧气的气流，测量通过包装材料之后的后一气流中的氧气含量，从而测定氧气的渗透。上述方法要求对条件进行标准化从而提供具有可比性的结果，通常在温度为23℃和相对湿度为0.05或0.75％的条件下进行。而且，由于上述方法测量的是实时通过阻隔材料的氧气的实际渗透，所述氧气传感器必需能检测出浓度非常稀薄的氧气。因此，如果上述检测器暴露于较高浓度的氧气例如正常空气中，其将被过饱和并可能发生损坏。当采用该方法时，必须注意避免过度暴露该氧气传感器。这样，上述传统方法就较为繁琐而且费用昂贵，检测能力也有限，因此该方法通常仅限于测试在非实际温度和空气湿度下的包装材料。

已知温度和空气湿度均对通过阻隔材料的氧气渗透产生影响[1]。而且，将平的材料转换成包装物通常会由于例如拉伸、热封以及在转换过程中造成的可能缺陷的影响而改变其渗透。因此，需要一种能够确定进入密闭包装物的氧气透过率的有效而可靠的方法，所述透过率在预期的现场温度、气压以及相对湿度条件下作为时间的函数。

本发明的目的

本发明的主要目的是提供一种确定气态物质进入包装物的透过率的方法和装置，所述透过率为时间的函数。

本发明的另一个目的是提供一种在真实的现场温度、气压和相对湿度条件下测定进入包装物的氧气透过率的方法和装置，上述条件对于例如食品或药品等种类繁多的产品是可以预见的。

本发明的描述

本发明的目的可以通过本文所附的权利要求和下面对本发明的描述而获得。

以下对本发明的描述是关于测定进入食品包装物的氧气透过率(OTR)的具体例子。但是，应这样理解，本发明的构思具有普遍性，其可以用于测定进入任何包装物的任何气态物质的透过率，而不论其材料和尺寸。

本申请的发明人研究出了构成所述具有创造性的方法的理论框架并在一篇文章中对其进行了详细地阐述[2]。该文章的全文作为参考包括在本文中。此次，我们仅仅对其进行简单的描述：

在测定进入食品包装物的氧气透过率时，作为时间函数的包装内氧气分压可以表示为：

$\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{dt}}=-\mathrm{\κ}(p-p_0)----\left(1\right)$

其中κ为：

$\mathrm{\κ}=D\·S\·\frac{A}{V\·L}\·k\·T----\left(2\right)$

此处，p₀为周围空气中的氧分压，p为包装物中的氧分压，t为时间，D为扩散常数，S为溶解度系数，A是包装物的表面积，V为包装物的体积，L是阻隔材料的厚度，T是包装物中气体的温度，k是Boltzmann常数。进行以下假设：Henry定律对于描述在包装物材料的外表面(对着周围空气)和内表面(对着包装物的内部)的氧气吸附是有效的，Fick扩散定律用于描述通过材料屏障的扩散，而包装物内的氧分压符合理想气体定律。

因此，结合由参考点(p₁,t₁)至点(p(t)，t)的方程(1)，可以得到包装物内作为时间函数的氧分压：

$p\left(t\right)=p_0+(p_1-p_0)e^{-\mathrm{\κ}(t-t_1)}----\left(3\right)$

其中，p₁是在t₁时刻测量的包装物中的氧分压。应注意，对包装物中的氧分压进行两次测量就可以用方程(3)确定κ，这是由于在两次不同的测量后通过方程(3)可以得出：

$\mathrm{\κ}=\frac{1}{(t_1-t_2)}\ln \left(\frac{(p_2-p_0)}{(p_1-p_0)}\right)----\left(4\right)$

其中，p₂是t₂时刻包装物中的氧分压。因此，不用知道包装物的材料和尺寸特征就可以确定κ。这样就可以确定包装材料的通常未知的扩散常数和溶解度系数的乘积，其原因是方程(2)中的其它常数和变量可以直接测量/确定。

然而，在食品包装材料领域，通常用氧气透过率(OTR)来衡量进入包装物中的氧气渗透，而不是采用方程(3)所得到的氧气浓度。OTR通常表示为dV_Oxygen/dt，其中氧气体积V_Oxygen是指标准大气压下的体积。因此，由时间来对方程(3)进行推导，并采用理想气体定律，来用dV_Oxygen/dt替换dp/dt，氧气透过率可表示为：

$\frac{d{V}_{\mathrm{Oxygen}}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{V\κ}}{p_{\mathrm{atm}}}(p_0-p_1)e^{-\mathrm{\κ}(t-t_1)}----\left(5\right)$

注意方程4和5(或其等同方程，方程3和4)构成了特别实用的工具，用于预测作为时间函数的进入食品包装物的氧气渗透，这是因为所有需要作为输入的是在两个不同时间对包装物中的气体中实际的氧气浓度进行的两次测量，以及包装物的体积。而且，由于透过包装壁的扩散是以氧气分子扩散通过某一材料时所涉及的基础物理学为基础的，方程3是包装物内氧分压的通用理论表达式(或进入包装物的氧气体积流量的通过理论表达式，方程5)，因此方程3提供了在包装物可能遇见的任意实际环境条件下的强有力的可靠预测，只要在测量过程中所述环境条件基本稳定。这是一个巨大的优势，因为有关质量扩散的表达式通常要求了解例如扩散常数等特征系数。但是，扩散常数通常依赖于所关心的包装材料的材料特性以及外部条件，例如温度、空气湿度等，因此实际上，扩散常数很难得到。因此，由于通过对包装物内氧分压进行两次容易做到的测量，就能将方程3(或方程5)与现实世界联系起来，所以所述具有创造性的方法成为预测作为时间函数的氧气浓度的一种实用的强有力的方法，几乎可以在任意条件下采用，甚至是低于0℃的包装。

如上所述，所述商业用测量OTR的方法通常要测量透过阻隔材料的氧气，其中材料的一侧为具有恒定氧气含量的气流，而另一侧为不含氧气的气体。因此，在所述传统方法中扩散过程的驱动力总是处于最大，与之相反，在本发明的创造性方法中，在扩散过程中，包装内的氧气浓度不断升高，导致驱动力相应地下降。为了能够对所述创造性方法所得到的OTR值和在食品包装领域作为标准的常规值进行比较，应采用初始阶段的值，在初始阶段包装物内不含有氧气，而周围空气中的氧气暴露于最大的驱动力从而使其渗透进入阻隔材料。也就是说，应比较t₀时刻的OTR，此时包装物内的氧分压为零。在方程(3)中设定t₁＝t₀以及p(t₀)＝0得到时刻t₀：

$t_0=t_1-\frac{1}{\mathrm{\κ}}\ln \left(\frac{p_0}{p_0-p_1}\right)----\left(6\right)$

将t₀代入方程(5)中，零时刻的氧气透过率为：

${\frac{d{V}_{\mathrm{Oxygen}}}{\mathrm{dt}}|}_{t=t_0}=\frac{p_0\mathrm{V\κ}}{p_{\mathrm{atm}}}----\left(7\right)$

对于其中食品会消耗所有进入包装物内的氧气的食品包装(由于与食品发生反应，例如微生物生长，鲜肉和腌肉的颜色改变，脂质氧化和随后的酸败，以及水果和蔬菜的老化)，由于包装内的气体中没有明显的氧分压的累积，因此方程(7)所给出的零时刻的氧气透过率是正确的表达式。

所述具有创造性的方法的基础是探究用于预测包装物内OTR的理论表达式。也就是说，所述具有创造性的方法可归结为如下：

-确定包装物的内容积；

-用足够量的惰性气体冲洗包装，确保包装物的内部几乎不含所要检测的气态物质；

-允许包装物在几乎稳定的条件下暴露于周围空气/气体中并持续第一时间阶段，在第一阶段结束时测量包装物内所述气态物质的第一浓度；

-允许包装物在与第一阶段相同的稳定周围条件下暴露于周围空气持续第二时间阶段，在第二阶段结束时测量包装物内所述气态物质的第二浓度；

-在方程(3-7)的一个或几个中使用第一和第二测定气体浓度，预测包装物内作为时间函数的所述气态物质的透过率。

与先前的方法相比，所述具有创造性的方法具有一个优势，即，其给出了在任何时刻进入包装物的气态物质的透过率，而不论环境条件，只要它们在测量过程中相对稳定。传统的测量OTR的方法局限于将条件标准化，以模拟不含有氧气的包装物(用于扩散过程的最大可实现驱动力)。该具有创造性的方法可以在任意条件下用于任意类型的食品包装物，包括在0℃以下的温度。同样应注意，所述具有创造性的方法不要求在第一阶段开始所述包装物的内部绝对不含有所述气态物质。其所要求的是，与包装物外的浓度相比，包装内的浓度足够地低，从而可以进行扩散过程。实际上，其意味着在开始测量时包装物内部仅仅要求相对低浓度的气态物质，从而实施本方法非常简便，这是因为绝对除去气态物质是难以达到的。

通常，透过阻隔材料的扩散过程开始是不稳定的，在建立稳定条件之前的过渡时间依赖于材料。因此，应确保在第一次测量包装物内的氧气浓度之前稳定条件已经建立。对于所述常规的、商业上建立的等压方法，已经有一套确定稳定期何时开始的标准程序。所述程序参见美国材料实验和规范协会(American Society for Testing andSpecification of Materials，ASTM)的标准规范(StandardSpecifications)，第F1307-90部分。在测定定进入食品包装的OTR时，若使用本发明的具有创造性的方法，推荐采用同样的起始时间，t₁，对包装物内的氧分压进行第一次测量。

重要的是，在测试过程中包装物是密封的，而且所述包装物用惰性气体冲洗以确保包装物的内部几乎不含有氧气或所检测的气态物质。也就是说，同样还应确保提取包装物内气体样品的设备不能引起周围空气/气体渗漏进入包装中。对于本领域技术人员来说，采用任何已知的冲洗包装以及提取气体样品的方法是显而易见的，只要包装物的内部不暴露于周围空气中。因此，所有上述已知的提取样品的方法均是实施例中给出的优选技术方案的等同技术方案，因而也包括在本发明中。

同样，可以采用任何传统的测量待测气体浓度的方法，例如，包括必须具有从包装物内部提取的气体样品的分析仪器，以及可以检测透过材料壁的气体浓度的分析仪器。同样可以预见的是提取气体样品、确定气体浓度后将气体样品重新注射入包装的分析仪器。

在采用要求提取出气体样品随后又排出的分析仪器的情况下，优选采用可以在相对较少的气体样品(10ml级或更少)中检测气体浓度的分析仪器，这是因为预测OTR值依赖于包装物的体积(见方程(5))。因此，包装物体积的改变将导致所述预测值发生误差，应通过将提取的气体样品体积最小化将上述误差降至最低。

附图列表：

附图1阐述了从包装物中提取气体样品的装置的一个优选实施方案；

附图2是说明本发明一个测量过程的示意图。

本发明的详细描述

参照以下附图和优选实施例对本发明作进一步的描述。但是，其仅仅用作说明，不能解释为对本发明范围的限制。

实施例1预测食品包装的OTR

如上所述，在食品工业中与食品包装材料有关的费用是一个重要的竞争因素。

因此，当研究食品包装的OTR时，应采用足够简单而又尽可能令人满意的精确分析设备，从而减少成本。优选的设备为具有氧化锆单元的MOCON/Toray氧气分析仪LC-700F(Modern Controls Inc，Minnesota，USA)，其系统精确度在氧气为0-50％时为±2％(具有两位小数)，氧气为0-0.5％时为±3％(具有三位小数)。优选采用纯氮气作为惰性气体，因为纯N₂相对比较便宜，而且周围空气中含有21％氧气，而其余主要为氮气，因此在测量过程中可以获得接近真实情况的条件，这是由于纯N₂与不含有O₂的空气几乎类似。在测量之前必须用足够量的纯N₂冲洗包装物，以确保包装物的内部几乎不含有O₂。

MOCON/Toray氧气分析仪LC-700F要求从包装物的内部提取气体样品，并进入氧化锆单元。测量之后排出气体样品。这样就需要在测试和提取样品过程中密封所述包装物的取样装置。优选地，其可以通过将一中空螺栓穿过包装壁获得，所述中空螺栓的两端均有螺纹，并配备有一含有密封垫的中心凸缘。然后将其密封至包装物上，例如通过将具有另一密封垫的固定螺母固定在所述螺栓的向内突出的一端，从而将包装物材料紧密地挤压在具有密封垫的凸缘之间，这样包装物内的气体的唯一逸出路径是经过所述中空螺栓的内部。因此，如果例如通过将一具有阻隔隔膜的端螺母固定在中空螺栓的向外突出的一端上，以使螺栓的中空内部与周围空气隔离开来，通过将一注射器针头刺穿所述阻隔隔膜，就可以将气体从包装物的内部取出而不需要破环密封。

优选地，为了补偿取出的气体样品，在取样之前，首先注入恰好等量的惰性气体。取出精确量的气体的注射器的一个优选实施例参见附图1。注射器1通过三通阀2与纯氮气源4和针头3相连接。这样，在将针头穿过密封隔膜插入包装物之前可以用纯氮对注射器进行冲洗，所述注射器可以含有可控量的欲注射进入包装物的纯氮气。然后，注射器可以含有从包装物内部取出的精确等量的气体，然后将带有针头的注射器从包装物中拔出并插入所述氧气分析仪中。最后，为了得到样品中的氧气浓度将气体样品注射进入。

所述实施例的另一个优势在于，当包装物为弹性包装材料时，可以用针头注射器和阻隔隔膜清除包装物内的气体，然后注入惰性气体，如此几个周期，可以将包装物内的所有氧气彻底真正地清除出去。

附图2中示意性地给出了典型的测量过程，如下所述：

●通过开放的中空螺栓用氮气对包装物进行冲洗一分钟，直至氧气含量接近于0，用附图2中的点A表示。冲洗之后，安装一带有隔膜阻断的端螺母密封采样端口(中空螺栓)。然后将测试包装物放置在周围空气(21％氧气)中调节18-24小时(对应于传统方法中的调节时间)。在这段时间内，包装物通常会达到稳态条件，用附图2中的B表示。

●在附图2中的C点，用特殊设计的注射器将10ml N₂注射进入测试包装物中。将注射器柱塞上下移动2-3次从而使包装物内的气体混合。注射入的10ml N₂用于补偿在下一步骤中取出总量的10ml而导致的体积变化。在包装物内注入10ml N₂降低了O₂浓度，从附图2中的C点降至D点。

●在点D，取出10ml的气体样品并注射进入氧气分析仪。测量取出气体样品中的O₂分压并记为t₁时刻的氧气浓度p₁。取样后，如图2所示，进入速率从C的速率R_C改变至D的速率R_D，其等于E点的速率R_E。

●在附图2中的F点，取出终气体样品10ml，并注射进入氧气分析仪。通常，时刻t₂在t₁之后的3-6天。所得到的氧气浓度记为t₂时刻的氧气浓度p₂。

●最后，将测量得到的浓度p₁和p₂转化成以ml O₂/天为单位，然后采用方程(4)和(5)给出位于时刻t₀和t₁之间用虚线表示的曲线，以及时刻t₁和t₂之间的黑实线(在点D和F之间的曲线)，从而计算出用ml O₂/天表示的进入整个包装物的氧气透过率。

如附图2所示的结合指数方程的上述过程具有以下优点：

-所述包装物不需要一开始在A点就完全除去氧气。

-由于步骤C和D，考虑了进入速率的变化，这是因为在注入10mlN₂(D)之后记录了初始O₂浓度。

-采用方程(7)可以很容易地计算出t₀时刻的OTR值，在所述t₀时刻，氧气压为0，此时模拟了稳态过程。与传统的用等压方法计算的OTR值相比，这是最正确的值。

在开始测量每一系列的初始或最终O₂浓度之前，总是对Toray装置进行校正。所述装置是针对位于比例尺上部的空气，以及在比例尺下部在N₂中含有0.21％O₂的参照气体而进行校正的。

实施例2

为了给食品包装材料的生产者和/或消费者提供一实用的工具，可以预见的是所述具有创造性的方法可以在不同条件下对包装材料进行筛选试验，所述不同条件是在处理商业用食品包装物过程中可以预见的，也可以通过采用这些测试来就一系列可预期的周围条件而产生作为时间函数的OTR值的图形。

由于这些图形提供了可用于检查新包装物是否类似于筛选试验中所使用的包装物的资料库，因此，它们可以为对包装物材料进行抽查提供非常有用的工具。也就是说，根据本发明的创造性方法，在食品储藏的条件在对特定包装材料进行筛选试验可用于产生在这些条件下作为时间函数的氧气透过率的图形(例如附图2中从t₀至F的图形)。然后，例如食品包装材料的生产者等可以简单地从生产线上取下一空包装，使其在预计条件下静置一段时间，然后取出气体样品并检测包装物内的氧气浓度，从而进行抽查。该值可以立即表明最新的包装是否类似于筛选试验中采用的包装，这是由于如果OTR值相等，则抽查的氧气浓度应该位于筛选检测的图形上。

注意，在这种情况下，只需要确定(测量)一次包装物内的氧气浓度。这样就不需要在包装物上设置取样装置(例如，例1中具有隔膜阻断的中空螺栓)以密封包装物。所需要的是可以提取气体样品并将其注射进入氧气分析仪中的装置。这样此后可以排空包装物(因为不需要进行两次气体采样)。

可以预见的是，所述装置可以是口袋大小的集成单元，包括穿透装置，氧气分析仪，显示所确定的氧气浓度的装置。其还可以包括储存筛选试验结果的装置，以及对抽查结果和筛选试验进行比较的软件，从而使所述装置在进行大规模抽查中非常实用。

因此，在食品包装工业中，所述装置构成了一种非常简便而且低廉的方式用于进行抽查。目前，传统的检测OTR的方法非常麻烦而且昂贵，因此对包装材料进行常规抽查实际上并不可行。

实施例3对所述创造性方法的验证

为了验证所述测量进入包装物中的氧气的具有创造性的方法，采用传统的Ox-Tran装置以及如例1所述的具有创造性的方法，测量5个不同的阻隔材料。所述包装物和材料如下：1)300ml聚氯乙烯(PVC)瓶(Grathwol AS，Glostrup，丹麦)；2)960ml热成形盘子；顶网：20μm聚酰胺(PA)和60μm聚乙烯(PE)的薄层，底网：530-550μm PVC和45μm含有3％乙烯基乙酸乙烯酯(EVA)(Dixie Union，德国)；3)540ml高密度聚乙烯(HDPE)瓶(MG Plast AS，MOSS，挪威)；4)500ml聚丙烯(PP)瓶(MG Plast AS，MOSS，挪威)；以及5)175ml PS杯子(Dynopack Stjrdal，挪威)。这些所选择的包装物预计在Ox-Tran装置的范围内具有不同的OTR值，而且是非吸湿的(环境中相对湿度变化所造成的影响最小)。

用Ox-Tran和本发明具有创造性的测量方法进行测量的包装物在同一房间中进行调节。在实验期间，房间中的温度和相对湿度均由Novasina msl Hygro Measuring System(Defensor AG，CH-8808Pfaffikon SZ)记录。调节室中温度在19.3-20℃范围内，相对湿度在14-23％范围内。在Ox-Tran装置中对每种类型的四个同样包装物进行分析，用所述具有创造性的方法测量至少四个同样包装物，在测量初始O₂浓度和最终O₂浓度之间有两组间歇时间。用双向ANOVA和线性回归对实验数据进行统计学评价(Minitab 12)。

用Mocon Ox-tran 100twin(Modern Controls Inc，明尼苏达州，美国)进行Ox-tran测量。采用美国实验材料协会(ASTM)第F1307-90部分的标准规范。

透过的物质为周围空气中的氧气；斜率为0.21atm。在测量Ox-tran之前，包装物调节18-24小时。

结果见表1。从表中可以看出，在实验中所采用的5个不同类型全包装的整个OTR值范围内，与Ox-tran方法相比，所述具有创造性的方法给出了相同的OTR值。尽管与Ox-tran方法相比，用所述具有创造性的方法得到的标准偏差稍高，但是其准确性是令人满意的。因此，所述具有创造性的方法被认为是可靠、精确的替代方法，用于替代测量全包装的OTR的Ox-tran方法。在所述具有创造性的方法中所需的装置相对较为便宜，其容量较高，而且所述方法在OTR值的范围和包装物大小方面非常灵活。

    表1  经Ox-Tran装置和所述具有创造性的方法所得到

             的5个包装物的氧气透过率的比较

	氧气透过率a
				包装物	Ox-Tran平均值±标准差	Δtb	所述具有创造性的方法平均值±标准差
PVC瓶	0.06±0.01	3	0.06±0.02
				热成形盘子	0.23±0.01	3	0.26±0.04
HDPE瓶	0.43±0.02	1	0.43±0.02
				PP瓶	1.00±0.04	1	1.00±0.03
PS杯子	1.48±0.06	1	1.48±0.07
				所述具有创造性的方法的重复性(HDPE-瓶c)		3	0.38±0.01

^a ml O₂/day

^b间歇时间＝初始O₂浓度和最终O₂浓度测量之间的天数

^c所述HDPE瓶的产品号与上述HDPE瓶不同

尽管所述具有创造性的方法被描述用作确定进入食品包装物的氧气透过率的方法，但是对于本领域技术人员来说，通过简单地替换氮气(如果需要)，采用适当的惰性气体以及可以检测待测物质的分析设备，该方法可以用于确定任何其它可能扩散通过材料的物质的透过率。而且较为明显地是，该发明并不限于食品包装物，可适用于具有任意大小、形状、材料以及目的用途等的所有类型包装物。

参考文献

1.Demorest RL.塑料薄膜与片层(J.Plastic Film& Sheeting.)1992；8：109-123

2.Larsen H，Kohler A.，和Magnus E.M.(2000)，“周围氧气进入率法-Ox-Tran法测量全包装的氧气透过率的替代方法”(“Ambient OxygenIngress Rate method-an alternative method to Ox-Tran measuring oxygentransmission rate of whole packages”)，Technol.Sci，13：233-241.

Claims (9)

1.测定气态物质进入密闭包装物的透过率的方法，所述包装物由包装材料构成，其特征在于，该方法包括：

-用惰性气体冲洗包装物，并持续充足的时间，以确保包装物的内部仅含有少量的所述气态物质，然后密封包装物，使其与周围空气隔离开；

-将所述密闭包装物暴露于含有已知量所述气态物质的周围空气中，持续第一指定时间阶段；

-当到达第一时间阶段的终点时，测定在第一时间阶段终点时包装物内所述气态物质的第一浓度；

-使包装物暴露于周围空气中持续第二时间阶段；

-当到达第二时间阶段的终点时，测定在第二时间阶段终点时包装物内所述气态物质的第二浓度；并且

-在方程(5)中采用上述两次测得的气态物质浓度，预测作为时间函数的所述气态物质进入密闭包装物的透过率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气态物质为氧气，并且所述惰性气体为纯氮气。

3.确定氧气进入密闭包装物的透过率的方法，其特征在于，该方法包括：

-以使所述包装物的内部不暴露于周围气体(包装物外)的方式插入从包装物内提取气体样品的装置；

-用纯氮气冲洗包装物，并持续充足时间，确保包装物内部仅含有少量的氧气；

-将所述密闭包装物暴露于周围空气中持续第一指定时间阶段；

-当到达第一时间阶段的终点时，将指定量的纯氮气注射进入包装物内，使进入的氮气与包装物内的气体混合均匀；

-当包装物内的气体混合均匀时，提取与注射进入的氮气相同体积的气体样品，并对该来自内部的气体样品进行分析，以测定第一时间阶段之后样品中的氧气浓度；

-将所述包装物暴露于周围空气中持续第二时间阶段；

-当到达第二时间阶段的终点时，从包装物内部提取另一份气体样品并分析，以测定第二时间阶段之后样品中的氧气浓度；

-在方程(5)和/或方程(7)中插入上述两个测得的氧气浓度，预测进入包装物内的氧气透过率。

4.进行抽查的方法，用于评价相对于参考值的进入空的密闭包装物的氧气透过率，其特征在于，所述方法包括：

1)在没有所述参考值的情况下：

-通过采用权利要求2或3的方法，对在商业处理中预见会遇到的一组条件下的包装物进行一系列的筛选实验，确定一组在任何时刻的氧气透过率的参考值，所述包装物与上述包装物由相同材料构成，并具有相同的尺寸，但是氧气透过率表示为所得到的位于包装物内的氧气浓度(用方程(3)而不是方程(5))，

-对所述包装物进行抽查，其中所述抽查涉及首先用惰性气体冲洗空的包装物，从而实际上除去所有的所述气态物质，使包装物暴露于周围空气一段时间，然后测定所述空包装物内的氧气浓度，以及

-比较所测定的上述一段时间之后的氧气浓度和参考值，以确定所述包装物的氧气透过率是否等于参考包装物，或者

2)在有所述参考值的情况下：

-对所述包装物进行抽查，其中所述抽查涉及首先用惰性气体冲洗空的包装物，从而实际上除去所有的所述气态物质，使包装物暴露于周围空气一段时间，然后确定所述空包装物内的氧气浓度，以及

-比较所测定的上述一段时间之后的氧气浓度和参考值，以确定所述包装物的氧气透过率是否等于参考包装物。

5.如权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述包装物为食品包装或药物包装。

6.测定氧气进入密闭包装物的透过率的装置，其特征在于，所述装置包括：

-纯惰性气体源；

-注射器，其能够插入包装物内部并从包装物内部提取气体样品，可选地，首先用惰性气体对包装物进行冲洗以除去包装物内几乎所有的氧气，而不将包装物的内部暴露于外周环境中；

-氧气分析仪，其能够测定所提取气体样品中的氧气浓度；以及

-计算机软件和硬件，其能够由两个测量的氧气浓度计算和显示出作为时间函数的氧气透过率。

7.用于测定气态物质进入密闭包装物的透过率而进行的抽查的装置，其中初始时先用惰性气体冲洗被测试的包装物，密封后将其暴露于周围空气中一段时间，其特征在于，所述装置包括：

-注射器，能够从包装物的内部提取气体样品；

-气体分析仪，与注射器相通，用于测定气态物质的浓度，以及

-显示所得到的气体浓度的装置。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述气态物质为氧气，并且所述惰性气体为纯氮气。

9.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括，

-与气体分析仪相通的计算机硬件，其能够存储一组在不同周围环境条件下作为时间函数的透过率的预定参考值；

-结合在所述计算机硬件中的计算机软件，其能够记录直接由气体分析仪测定的气体浓度，并将其与参考值比较，以及

-显示装置，其能够显示实际测量的气体浓度与参考值之间的比较。

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