Что измеряет прибор для определения кислородопроницаемости

Прибор для определения кислородопроницаемости измеряет прохождение кислорода через барьерный материал или, при наличии подходящего оборудования и методов, в готовую упаковку. Результаты измерений помогают производителям оценить, способны ли пленки, ламинаты, покрытия и контейнеры защищать содержимое, чувствительное к кислороду. Эти данные используются при разработке материалов, квалификации поставщиков, контроле производства и выборе упаковки, однако сами по себе не позволяют установить срок годности продукта.

Коэффициент пропускания кислорода, или OTR, характеризует количество кислорода, проходящего через заданную площадь за определенное время при установленных условиях. В качестве единиц измерения часто используют см³/(м²·сут), указывая также температуру, относительную влажность, условия по давлению и конструкцию образца. Для готовой упаковки пропускание может указываться в расчете на одну упаковку в сутки. Всегда проверяйте единицы измерения и референсные условия, установленные соответствующим методом.

OTR не является тем же самым, что коэффициент проницаемости материала. Проницаемость связывает пропускание с толщиной образца и разностью парциальных давлений кислорода при соответствующих допущениях; указанное значение OTR относится к испытанному образцу и условиям испытания. Многослойные структуры, покрытия и полимеры, чувствительные к влажности, могут затруднять простое нормирование по толщине, поэтому перед сравнением значений покупателям следует выяснить, как они были получены.

К основным пользователям относятся производители упаковочных материалов, пищевые и фармацевтические предприятия, специалисты по упаковке медицинских изделий, контрактные лаборатории и исследователи материалов. Поставщик пленки может использовать испытание для сравнения составов, а владелец бренда — для проверки поступающих материалов или расследования изменений. Прежде чем использовать результаты для принятия решений, для каждого применения необходимо согласовать спецификацию, план отбора проб и метод испытания.

Как проводится испытание на пропускание кислорода

При типовом испытании пленки образец герметично устанавливают между двумя камерами. В одну камеру подают тестовый газ, содержащий кислород, а в другой поддерживают более низкое парциальное давление кислорода. Кислород проходит через образец и измеряется на принимающей стороне. После выполнения предусмотренных методом условий измерения прибор рассчитывает пропускание на основе обнаруженного количества кислорода и заданной площади испытания.

В кулонометрических приборах для переноса прошедшего через образец кислорода к электрохимическому датчику обычно используют газ-носитель. В приборах, работающих по методу перепада давления, применяется другой принцип: пропускание газа определяют по изменению давления в контролируемых условиях. Оба подхода позволяют оценивать барьерные свойства, однако процедуры, применимые материалы и отчетные показатели этих методов не являются автоматически взаимозаменяемыми. Выбирайте методику, предусмотренную применимым стандартом и спецификацией заказчика.

Температура и относительная влажность могут существенно влиять на измеряемые барьерные свойства, особенно у слоев, чувствительных к влаге. На результаты также влияют кондиционирование образца, время экспозиции, чистота газа, качество герметизации и критерии достижения равновесия. Надежная процедура предусматривает регистрацию этих параметров и использование репрезентативных образцов без случайных складок и повреждений. Если материал имеет направленную или асимметричную структуру, указывайте, какой стороной он обращен к тестовому газу.

При испытании готовой упаковки необходимо учитывать дополнительные факторы, поскольку кислород может проникать через корпус, укупорочные элементы, швы или другие соединения. Для этого нужны подходящие приспособления и методика, предназначенная для испытания упаковки; результат для плоской пленки сам по себе не позволяет оценить общее проникновение кислорода в упаковку. И наоборот, результат испытания упаковки может не выявить конкретный источник проникновения, поэтому для расследования отказов могут быть полезны дополнительные испытания герметичности швов или утечки.

ASTM D3985, ISO 15105 и связанные стандарты

ASTM D3985 описывает измерение коэффициента пропускания кислорода через пластиковую пленку и листовые материалы с использованием кулонометрического датчика. Этот стандарт часто применяют, когда заказчик указывает данную методику для плоских барьерных материалов. Прежде чем сравнивать данные поставщиков или покупать прибор, заявленный как предназначенный для испытаний по ASTM D3985, уточните применимую редакцию стандарта, подготовку образцов, условия испытания, порядок калибровки и требования к отчетности.

ISO 15105 — серия стандартов, охватывающая испытания на пропускание газа через пластиковые пленки и листовые материалы. ISO 15105-1 устанавливает метод перепада давления, а ISO 15105-2 — метод равных давлений. Указывайте применимую часть стандарта, газ, условия испытания и редакцию, а не только ISO 15105. Различия в принципах измерения и условиях кондиционирования могут приводить к результатам, которые нельзя считать эквивалентными без обоснованного сравнения.

ASTM F1927 устанавливает метод измерения коэффициента пропускания кислорода через барьерные материалы с помощью кулонометрического детектора при контролируемой относительной влажности. ASTM F1307 устанавливает метод измерения коэффициента пропускания кислорода через сухую упаковку с использованием кулонометрического датчика. Эти методы применяются к разным объектам испытания или условиям; их пригодность зависит от упаковки, материала и цели испытания. Для полной информации о применимости и требованиях обратитесь к действующей редакции стандарта и протоколу заказчика, если он предусмотрен.

Само по себе указание стандарта не доказывает, что конкретный прибор, лаборатория или результат соответствуют его требованиям. Запросите информацию о точной поддерживаемой методике и конфигурации, подтверждение калибровки, сведения о неопределенности, если применимо, и пример отчета. В рамках более широкой программы контроля качества упаковки paratronix предлагает приборы для испытаний на проницаемость водяного пара, утечку и прочность сварного шва, которые могут дополнять испытания кислородного барьера. Перед закупкой напрямую уточните наличие приборов и совместимость с требуемым методом.

Применение и требования для выхода на рынки

Специалисты по пищевой упаковке используют данные о барьерных свойствах кислорода при сравнении структур упаковки для продуктов, подверженных окислению, изменению вкуса или обесцвечиванию. По возможности условия испытания должны отражать предполагаемые условия использования, особенно если влажность может влиять на барьерные свойства. Анализируйте данные о пропускании кислорода вместе с рецептурой продукта, содержанием кислорода в свободном пространстве упаковки, температурой хранения и результатами исследований срока годности: низкое значение OTR само по себе не доказывает, что упакованный пищевой продукт сохранит приемлемое качество.

Специалистам по упаковке фармацевтической продукции и медицинских изделий может потребоваться информация о барьерных свойствах в рамках документированной оценки упаковки. Необходимые испытания зависят от продукта, упаковочной системы, анализа рисков и применимых регуляторных требований. Испытания на пропускание кислорода, пропускание водяного пара, прочность шва и целостность упаковки оценивают разные свойства. Согласуйте необходимый набор испытаний со специалистами по качеству и регуляторным вопросам, а не исходите из предположения, что одно испытание может заменить остальные.

При международных закупках в лабораторном отчете следует указывать редакцию стандарта, описание образца, порядок отбора проб, площадь испытания или конфигурацию упаковки, условия окружающей среды, результаты и любые отступления от методики. Заказчики также могут требовать аккредитацию лаборатории в определенной области или прослеживаемость к конкретным стандартным образцам. Метод ASTM или ISO сам по себе не является универсальным разрешением на выход на рынок и не заменяет проверку соответствия конкретного продукта нормативным требованиям.

Если поставщики и покупатели получают разные значения, сначала сравните условия кондиционирования, влажность, температуру, ориентацию образца, площадь испытания и способы учета утечки по краям. Уточните, были ли образцы взяты из одной производственной партии и применяли ли лаборатории один и тот же метод. Повторные испытания и согласованное межлабораторное сравнение могут помочь устранить расхождения до отклонения материала или изменения спецификации.

Как выбрать и квалифицировать оборудование

Начните с определения объекта и метода испытания: плоская пленка, листовой материал или готовая упаковка; кулонометрический либо другой предписанный метод; применимая редакция стандарта. Определите ожидаемый диапазон OTR, размеры образцов, настройки температуры и влажности, а также нужные единицы измерения в отчетах. Валидированный диапазон измерений прибора должен охватывать как типовые результаты, так и предельное значение спецификации, а его разрешение и неопределенность должны соответствовать принимаемым решениям.

Затем оцените производительность и удобство работы с образцами. Уточните, сколько образцов можно испытывать при одинаковых или различных условиях, сколько обычно занимают кондиционирование и измерение ваших материалов и имеются ли приспособления для предполагаемой геометрии упаковки. Продолжительность испытания зависит от барьерных свойств и критериев метода, поэтому оценку производительности следует основывать на репрезентативных образцах, а не на типовом заявлении о времени цикла.

Запросите информацию о калибровке, проверке работоспособности, техническом обслуживании датчика, подаче газа, программных записях и сервисной поддержке. До приемки согласуйте с поставщиком требования к установке и план квалификации. Проведите испытания подходящих стандартных образцов и репрезентативных проб, задокументируйте повторяемость при выбранных условиях и выясните причины неожиданных результатов холостых испытаний или дрейфа показаний. При необходимости включите оборудование в систему качества лаборатории и график калибровки.

Перед каждым испытанием операторам следует осматривать образцы, подготавливать поверхности для герметизации, проверять испытательную ячейку на утечки и документировать кондиционирование. Установите интервалы очистки, проверки и профилактического обслуживания на основе инструкций производителя, интенсивности использования и процедур качества лаборатории; единого интервала, подходящего для всех приборов, не существует. Сохраняйте исходные данные и сведения об отклонениях, чтобы впоследствии можно было связать результат с образцом, настройками, оператором и состоянием оборудования.

Затраты на эксплуатацию и будущие тенденции

Цена покупки — лишь одна из составляющих совокупных затрат на владение. Учитывайте установку, квалификацию, газы-носители и тестовые газы, регуляторы, стандартные образцы, уплотнения, расходные материалы, калибровку, выездное обслуживание, поддержку программного обеспечения и обучение операторов. Также заложите расходы на подготовку образцов, время кондиционирования и простой оборудования. При сравнении коммерческих предложений уточняйте, какие принадлежности, приспособления и средства контроля окружающей среды включены в стоимость, а какие предлагаются дополнительно.

Оцените окупаемость инвестиций с учетом ожидаемого числа испытаний в год, текущих расходов на внешние лаборатории, затрат на внутренний персонал и ценности ускоренного принятия решений. Собственный прибор может улучшить планирование и обратную связь по процессам, однако при небольшом объеме образцов или редких специализированных испытаниях аутсорсинг может быть выгоднее. Учитывайте затраты на поддержание компетенций и ведение записей по качеству, а сценарии сравнивайте на основе собственного набора испытаний и предложений по обслуживанию.

Рост спроса на упаковку, пригодную для переработки, и упаковку с уменьшенной толщиной повышает значимость измерения барьерных свойств альтернативных структур. При разработке необходимо оценивать компромиссы между сопротивлением кислороду, чувствительностью к влаге, герметизируемостью и технологичностью, а не полагаться на единственный показатель. Улучшенная интеграция данных и автоматизация рабочих процессов могут помочь лабораториям управлять результатами, однако выбор прибора по-прежнему должен основываться на валидированных методах и релевантных условиях испытаний.

Для обсуждения закупки подготовьте описания образцов, ожидаемые уровни пропускания, применимые стандарты, условия окружающей среды, годовой объем испытаний и требования к формату отчетности. Запросите у paratronix информацию о доступном испытательном оборудовании и дополнительных решениях для измерения пропускания водяного пара, утечки или прочности сварного шва, а также спецификации для конкретной конфигурации и условия обслуживания. До размещения заказа убедитесь, что предлагаемый прибор для определения кислородопроницаемости поддерживает требуемый метод.