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氣體透過量測定法

氣體透過量測定法

作者: 上海市食品藥品包裝材料測試所 時間:2021-07-28

本法系用以測定藥用薄膜或薄片的氣體透過量。本法包括壓差法和電量分析法。電量分析法僅適用于檢測氧氣透過量。

氣體透過量系指在恒定溫度和單位壓力差下,在穩(wěn)定透過時,單位面積和單位時間內(nèi)透過試樣的氣體體積。通常以標(biāo)準(zhǔn)溫度和 1 個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的體積值表示,單位為:cm3/(m2·24h·0.1MPa)。

氣體透過系數(shù)系指在恒定溫度和單位壓力差下,在穩(wěn)定透過時,單位面積和單位時間內(nèi)透過單位厚度試樣的氣體體積。通常以標(biāo)準(zhǔn)溫度和 1 個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的體積值表示,單位為:cm3·cm/(m2·24h·0.1MPa)。

測試環(huán)境:溫度:(23±2) ℃,相對濕度:(50±5) %

第一法 壓差法

藥用薄膜或薄片將低壓室和高壓室分開,高壓室充約 0.1MPa 的試驗氣體,低壓室的體積已知。試樣密封后用真空泵將低壓室內(nèi)的空氣抽到接近零值。用測壓計測量低壓室的壓力增量Dp,可確定試驗氣體由高壓室透過供試品到低壓室的以時間為函數(shù)的氣體量,但應(yīng)排除氣體透過速度隨時間而變化的初始階段。

儀器裝置 壓差法氣體透過量測定儀,主要包括以下幾部分:透氣室 由上、下兩部分組成,當(dāng)裝入樣品時,上部為高壓室,用于存放試驗氣體,裝有氣體進(jìn)樣管。下部為低壓室,用于貯存透過的氣體并測定透氣過程中的前后壓差。

測壓裝置 高、低壓室應(yīng)分別有一個測壓裝置,高壓室的測壓裝置靈敏度應(yīng)不低于100Pa,低壓室測壓裝置的靈敏度應(yīng)不低于 5Pa。真空泵 應(yīng)能使低壓室的壓力不大于 10Pa。

試驗氣體 純度應(yīng)大于 99.5%。

測定法 除另有規(guī)定外,選取厚度均勻,無褶皺、折痕、針孔及其他缺陷的適宜尺寸的試樣三片,在材料朝向試驗氣體的一面做好標(biāo)記,在 23±2 ℃環(huán)境下,置于干燥器中,放置 48 小時以上,用適宜的量具測量樣品厚度,精確到 0.001mm,至少測量 5 個點,取算術(shù)平均值。置儀器上,進(jìn)行試驗。為剔除開始試驗時的非線性階段,應(yīng)進(jìn)行 10 分鐘的預(yù)透氣試驗,繼續(xù)試驗直到在相同的時間間隔內(nèi)壓差的變化保持恒定,達(dá)到穩(wěn)定透過,按下式計

算氣體透過量(Qg):

式中 Qg 為材料的氣體透過量, cm3/(m2·24h·0.1MPa);

P/ t 為在穩(wěn)定透過時,單位時間內(nèi)低壓室氣體變化的算術(shù)平均值,Pa/h;

V 為低壓室體積,cm3 ;

S 為試樣的試驗面積,m2;

T 為試驗溫度,K;

P1-P2 為試樣兩側(cè)的壓差,Pa;

T0 為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度(273.15K);

P0 為 1 個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(0.1MPa)。

試驗結(jié)果以三個試樣的算術(shù)平均值表示,每一個試樣測定值與算術(shù)平均值的偏差不得過±10%。

氣體透過系數(shù)(Pg)按下式計算:

式中 pg 為材料的氣體透過率,cm3·cm/(m2·24h·0.1MPa);

Dp / Dt 為在穩(wěn)定透過時,單位時間內(nèi)低氣壓室氣體壓力變化的算術(shù)平均值,Pa/h;

T 為試驗溫度,K;

D 為試樣厚度,cm。

試驗結(jié)果以三個樣品的算術(shù)平均值表示。

氣體透過量和氣體透過系數(shù)也可由儀器所帶的計算機(jī)分析軟件進(jìn)行直接計算得到。

第二法 電量分析法(庫侖計法)

供試品將透氣室分為兩部分。樣品的一側(cè)通氧氣,另一側(cè)通氮氣載氣。透過樣品的氧氣隨氮氣載氣一起進(jìn)入電量分析檢測儀中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生電壓,該電壓與單位時間內(nèi)通過電量分析檢測儀的氧氣量成正比。儀器裝置 電量分析法氣體透過量測定儀,儀器主要包括以下幾部分:

透氣室 由兩部分構(gòu)成,應(yīng)配有測溫裝置,還需裝配適宜的密封件,樣品測試面積根據(jù)

測試范圍調(diào)整,通常應(yīng)在 1cm2 到 150cm2 之間。

載氣 通常為氮氣或者含一定比率的氫氣和氮氣混合氣。

試驗氣體 純度應(yīng)不低于 99.5%。

電量檢測器(庫侖計) 對氧氣敏感,運行特性恒定,用來測量透過的氧氣量。

測定法 除另有規(guī)定外,選取厚度均勻、平整、無褶皺、折痕、針孔及其他缺陷的適宜尺寸的試樣三片,在材料朝向試驗氣體的一面做好標(biāo)記,在 23℃±2℃環(huán)境下,置于干燥器中,放置 48 小時以上,用適宜的量具測量樣品厚度,精確到 0.001mm,至少測量 5 個點,取算術(shù)平均值。將樣品放入透氣室,然后進(jìn)行試驗,當(dāng)儀器顯示的值已穩(wěn)定一段時間后測試結(jié)束。

氧氣透過率(RO2)按下式計算:

式中  Image為氧氣透過率,cm3  /(m2·24h)

Ee 為穩(wěn)態(tài)時測試電壓,mV

E0 為試驗前零電壓,mV

A 為試樣面積,m2

Q 為儀器校準(zhǔn)常數(shù) cm3·Ω /(mV·24h)

R 為負(fù)載電阻值,Ω

氧氣透過量按下式進(jìn)行計算:

式中  Image為氧氣透過量,cm3  /(m2·24h·0.1MPa)

Image為氧氣透過率,cm3  /(m2·24h)

P 為透氣室中試驗氣體側(cè)的氧氣分壓,單位為 MPa;即氧氣的摩爾分?jǐn)?shù)乘以總壓力(通常為 1 個大氣壓)。載氣側(cè)的氧氣分壓視為零。

試驗結(jié)果以三個樣品的算術(shù)平均值表示,每一個樣品測定值與算術(shù)平均值的偏差不得過±10%。

氧氣透過系數(shù)按下式進(jìn)行計算:

式中  為氧氣透過系數(shù),cm3  /(m·24h·0.1MPa)

P02為氧氣透過量,cm3  /(m2·24h·0.1MPa)

t為試樣平均厚度,m

試驗結(jié)果以三個樣品的算術(shù)平均值表示。

氧氣透過量和氧氣透過系數(shù)也可由儀器所帶的計算機(jī)分析軟件進(jìn)行直接計算得到。


起草單位:上海市食品藥品包裝材料測試所

復(fù)核單位:江西省藥品檢驗檢測研究院


 


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