气调包装顶空气体取样实践

气调包装顶空气体测量概述

为了测量顶空气体（氧气、二氧化碳、氮气等）组分的浓度，必须保持顶空气体的完整性，因为从产品包装中提取气体样品，并将其运输到分析仪中进行测量。这样做的困难往往是包装特性本身的一个功能——如果从包装顶部空间抽取体积或完整性不足的气体样品，可能会导致相当大的测量误差。这篇文章深入讨论了这个问题，以及取样和测试方法，这些方法可以显著提高困难包装的气体测量精度。

气体采样量考虑

根据分析仪的类型和设计以及所需的精度，用于气体测量的气体体积可能会有很大的变化。通常情况下，25至50毫升的顶空气体可确保在用于可折叠塑料薄膜袋或屏障膜密封产品托盘的标准桥式顶空气体分析仪中进行充分（优于95%的终读数）测量。由于气体分析仪本身对截留体积的冲洗要求，在暴露于环境空气后，要获得非常低的氧气水平，软包装上的非常（优于终读数的99%）测量可能需要100 ml的气体。上海锦川顶空气体分析仪的采样时间是客户变量，从出厂默认值变为较高或较低值，以说明包装顶空体积、包装刚性和所需的终精度。

作为软包装顶部空间体积函数的试验精度

上海锦川顶空气体分析仪中的取样泵将产品包装中的顶空气体输送到气体分析仪中进行测量。便携式顶空气体分析仪MapScan O2/CO2的10秒采样时间（氧气/二氧化碳气体分析仪的出厂默认值）将导致从产品包装中提取约25毫升的顶空气体，软包装的内部体积相应减小。如果它减少到足以使包装材料开始压在包装中包含的产品上，真空将开始被拉到包装上。当产生真空时，取样泵每秒将从包装中抽出越来越少的气体，直到包装完全折叠时达到零气体流动状态。为确保准确测量，需要输送15毫升可测量气体。这意味着您必须在软包装中至少有15毫升的顶空气体体积，以便在每次顶空气体测试中准确测量气体，而无需采用特殊的测试方法。如果实际的包装气体小于20毫升体积的样品气体，可以缩短采样实际，但这样会影响检测精度。

硬包装盒气体取样注意事项

上海锦川顶空气体分析仪中的取样泵在将样品气体吸入分析仪进行测量时，立即在硬包装盒的顶空产生真空。因此，当从硬包装中提取样气时，泵工作的真空度逐渐增加，气体采样率降低，直到达到零。这意味着硬包装中的起始顶部空间气体体积必须大于软包装中的气体体积，以确保气体测量精度。例如，为确保如上所述输送15毫升顶空气体硬包装盒必须在大气压力下含有约50毫升顶空气体。再次，一旦抽取约15毫升的气体进行测量，泵的流速将降至零，气体样本将被容纳并测量。

气调包装顶空二氧化碳与氧气测试-响应时间问题

从上面的讨论中可以看出，当包装中有大量的气体受到柔性薄膜的保护时，顶空气体测试容易。当从容器（袋、袋、托盘等）中抽取气体样品时，阻挡膜会坍塌——并且包装内的压力保持在接近环境压力的位置。这使得取样泵处于小的应力下，并确保将完整的气体样品输送到分析仪中进行准确的顶空测试。虽然二氧化碳的测量速度非常快（只有几毫秒），但是氧传感器需要几秒钟的时间来响应——这是极限情况，所以这就是我们要处理的问题。分析仪响应时间严格来说是两个因素的函数——将新的气体样品带入分析仪所需的时间（气体传输时间）和分析仪进行测量所需的时间（传感器响应时间）。我们已经测试了分析仪的两个方面，如所附图表所示-显示了从20.60%的环境氧气水平开始的氧气测量的典型响应时间。

正如你在所附的图表上看到的，气体进入需要几秒钟，测量需要几秒钟。将气体测量至终值98%所需的总时间约为10秒——工厂默认采样时间。然而，这一特性意味着，在分析仪氧传感器暴露于室内空气后，在充满氮气的个包装上，将有0.300%的残余氧测量值。对于低水平残余氧气（通常在0.500%到0.050%范围内）的测量，下面概述的“零后测试两次”技术可大大提高氧气测量精度。

对个包进行两次测试-使用个包测试“预处理”分析仪的好处

在进行关键测量之前，应在环境空气中对分析仪进行空气校准，以确保分析仪的精度。这样做会使分析仪内部暴露在环境空气中，环境空气中含有20.90%的氧气。虽然这可以确保氧传感器为将来的测量正确校准，但它也会使分析仪气体管路和传感器本身充满大量氧气。从室内空气到气调包装顶空测试时，您可能会看到次测试的高残差，然后在第二次和之后测试的包装上看到非常好的读数。这是因为用顶空气体（尤其是隐藏在小裂缝中的气体）替换分析仪中的所有气体以及将传感器自身调节到小氧气水平所需的气体体积和时间。（用于CO2测量的NDIR光学器件没有这个问题，因为它们只在几毫秒内做出响应。）

例如，假设您使用的分析仪测量二氧化碳和氧气，并在归零分析仪后将其用于次包装测量。初始读数应为0.0%的二氧化碳（环境空气中含有0.04%的二氧化碳）和20.9%的氧气。如果产品的顶空气体中含有20%的二氧化碳和0.00%的氧气，你会看到二氧化碳从0.05%上升到20.00%，氧气从20.60%上升到0.500%——大约是终读数的98%。

第二次对相同的顶空气体的测试将再次产生20.0%的二氧化碳，但这次大约产生0.100%的氧气，这是由于残余氧气扩散和氧气传感器的响应时间。关键是，次测试将使您接近真正的氧气值，而连续的测试将使您保持在该值，并继续提高准确性。使用该技术，次试验可被视为“氧气预处理”试验，大大提高了第二次和后续试验的准确性。进一步的测试只会提高接近零读数的精度。

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