分析物渗透测试仪器的感测单元用的湿度控制系统

摘要

一种分析物渗透测试仪器用的湿度控制系统。所述系统包括(i)分析物渗透测试仪器，(ii)用于感测目标分析物的传感器，(iii)湿度控制腔，以及(iv)对于水蒸汽是可渗透的而对于目标分析物是不可渗透的选择性渗透膜。分析物渗透测试仪器限定测试腔，该测试腔可操作以接合测试薄膜，使得测试腔在整个渗透测试期间由测试薄膜分为第一单元和第二单元。传感器布置为与第一单元流体连通。湿度控制腔定位为与第一单元相邻并且与已知浓度的气体源和第一单元都流体连通，同时选择性渗透膜将湿度控制腔与第一单元密封地分开。

说明书

背景技术

渗透仪器用来测量目标分析物(比如氧气、二氧化碳或水蒸汽)穿 过相关薄膜的传输速率。经受渗透测试的典型薄膜是聚合体包装薄膜， 比如那些由低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、定向聚丙 烯(OPP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏二氯乙烯(PVTDC) 等构成的薄膜。通常，要测试的薄膜定位于测试腔内以将腔密封地分为 第一单元和第二单元。第一单元(一般称为感测单元)用惰性气体冲洗 以从该单元移除任何目标分析物并且第二单元(一般称为分析物单元) 填充有包含已知浓度目标分析物的气体。用于目标分析物的传感器检测 已经从分析物单元穿过薄膜迁移入感测单元的目标分析物的存在。

渗透仪器通常使用流过方法或累积方法来感测感测单元中目标分析 物的存在。简言之，流过方法使用惰性冲洗气体来连续地获得已经迁移 入感测单元的任何目标分析物并且将其传送至远程传感器。累积方法允 许目标分析物在一个累积时期内聚集在感测单元中，并且传感器定位在 感测单元内或在累积时期之后用冲洗气体冲洗感测单元以将累积的目标 分析物传送至远程传感器。

流过方法实际上允许使用所有类型的传感器，但是它们是昂贵并且 复杂的系统。累积方法虽然允许使用敏感度不高且便宜的传感器来准确 地测量目标分析物穿过薄膜的渗透，甚至在非常低的传输速率下，但是 却需要明显更长的测试时间。

电化学传感器通常优选地用于渗透仪器中，因为它们提供多个优点， 包括(i)高度准确性，(ii)对于分析物的超高敏感性，(iii)对于单个分 析物较高的特殊性，(iv)温度敏感性不高，(v)压力敏感性不高，(vi) 对于流动的最小化敏感性，以及(vii)低成本。

可惜的是，大多数薄膜的渗透特性对于湿度敏感并且大多数电化学 传感器是能改变感测单元内湿度的湿传感器(即电解质是水溶液)。因此， 为了确保一致并且准确的测试结果，必须要控制感测单元内的湿度。

对于那些采用通过控制流入感测单元的惰性冲洗气体的湿度的流过 方法的系统，能控制感测单元内的湿度。可惜的是，这个技术不能用于 采用累积方法的系统，因为感测单元在测试期间与流体流密封隔开。

因此，非常需要一种用于当感测单元在测试期间与流体流密封隔开 时控制分析物渗透测试仪器的感测单元内的湿度的系统和方法。

发明内容

本发明涉及一种分析物渗透测试仪器用的湿度控制系统。所述系统 包括(i)分析物渗透测试仪器，(ii)用于感测目标分析物的传感器，(iii) 湿度控制腔，以及(iv)对于水蒸汽是可渗透的而对于目标分析物是不 可渗透的选择性渗透膜。分析物渗透测试仪器限定测试腔，该测试腔可 操作以接合测试薄膜，使得测试腔在整个渗透测试期间由测试薄膜密封 地分为第一单元和第二单元。传感器布置为与第一单元流体连通。湿度 控制腔与第一单元相邻设置并且与已知湿度的气体源和第一单元都流体 连通，并且选择性渗透膜将湿度控制腔与第一单元密封地分开。

附图说明

图1是用于执行本发明的测试过程的测试系统的一个实施例的示意 性概述图。

图2是图1中所示测试系统的测量单元部件的侧视图。

图3是图2中所示测试系统的测量单元部件的顶视图。

图4A是图3中所示测量单元沿着线4-4截取的截面侧视图，其中上 部固定板处于远离壳体上部以一定距离隔开的打开位置中。

图4A¹是图4A中所示测量单元中的缝隙的环绕入口区域的放大截面 侧视图。

图4A²是图4A中所示测量单元中的缝隙的环绕出口区域的放大截面 侧视图。

图4A³是图4A中所示测量单元中的缝隙的环绕传感器通路区域的放 大截面侧视图。

图4B是图3中所示测量单元沿着线4-4截取的横截面侧视图，其中 上部固定板处于紧邻壳体上部的封闭位置。

图4B¹是图4B中所示测量单元中的缝隙的环绕入口区域的放大截面 侧视图。

图4B²是图4B中所示测量单元中的缝隙的环绕出口区域的放大截面 侧视图。

图4B³是图4B中所示测量单元中的缝隙的环绕传感器通路区域的放 大截面侧视图。

图5A是图3中所示测量单元沿着线5-5截取的截面侧视图，其中上 部固定板处于远离壳体上部以一定距离隔开的打开位置。

图5A¹是图5A中所示测量单元中的环绕湿度控制窗口的放大截面侧 视图。

图5B是图3中所示测量单元沿着线5-5截取的截面侧视图，其中上 部固定板处于紧邻壳体上部的封闭位置。

图5B¹是图5B中所示测量单元中的环绕湿度控制窗口的放大截面侧 视图。

图6A是图3中所示测量单元沿着线6-6截取的截面侧视图，其中上 部固定板处于远离壳体上部以一定距离隔开的打开位置。

图6B是图3中所示测量单元沿着线6-6截取的截面侧视图，其中上 部固定板处于远离壳体上部以一定距离隔开的封闭位置。

图7是图3中所示测试腔的环绕部分的明显放大侧视图，示出用图 4B中所示测量单元测试的测试薄膜的每个侧面上的相关分析物的各个 分子。

图8示出了在整个测试期间每个报告周期计算的O₂TR。

具体实施方式

术语表

10 测试系统

21 惰性气体源

22 测试气体源

31a  用于惰性气体源的入口切断阀

31b  用于惰性气体源的出口切断阀

32a  用于测试气体源的入口切断阀

32b  用于测试气体源的出口切断阀

41a  用于将气体从惰性气体源引导入上部单元的入口导管

41b  用于将气体从上部单元排出的出口导管

42a  用于将气体从测试气体源引导入下部单元的入口导管

42b  用于将气体从下部单元排出的出口导管

50   计算机或CPU

60   监视器

70   打印机

80   从传感器至CPU的电导线

100  测量单元

110  壳体

111  壳体的上部区段

111i 壳体的上部区段的下表面

112  壳体的下部区段

119  由壳体限定的固位腔

120  固定板

121  上部固定板

121u 上部固定板的上表面

121n 上部固定板上的销

122  下部固定板

125  固定板之间的O形环

129  由固定板限定的测试腔

129¹ 测试腔的上部单元

129² 测试腔的下部单元

130  致动器

131  致动器轴

140  用于通向分析物传感器的通路的阀

141  阀主体

142  阀杆

151a 穿过壳体上部区段通向下部单元的入口通道

151b 穿过上部固定板通向下部单元的入口通道

151c 穿过下部固定板通向下部单元的入口通道

151w 在缝隙内围绕进入下部单元的入口通路的较大O形环

152a 从下部单元穿过壳体上部区段的出口通道

152b 从下部单元穿过上部固定板的出口通道

152c 从下部单元穿过下部固定板的出口通道

152w 在缝隙内从下部单元环绕出口通路的较大O形环

160  在壳体上部区段和上部固定板之间的缝隙

170  穿过壳体上部区段和上部固定板的流动控制通道和通路

171a 穿过壳体上部区段通向缝隙的入口通道

171b 从缝隙穿过上部固定板通向上部单元的入口通道

172a 从缝隙穿过壳体上部区段的出口通道

172b 从上部单元穿过上部固定板通向缝隙的出口通道

173a 从缝隙穿过壳体上部通向分析物传感器的通路

173b 从上部单元穿过上部固定板通向缝隙的通路

180  缝隙内的O形环密封件

181v 在缝隙内环绕穿过上部固定板的入口通道的较小O形环

181w 在缝隙内环绕两个入口通道的较大O形环

182v 在缝隙内环绕穿过上部固定板的出口通道的较小O形环

182w 在缝隙内环绕两个出口通道内的较大O形环

183w 在缝隙内环绕通向传感器的通路的较大O形环

190  湿度控制系统

191a 穿过壳体上部区段通向湿度控制腔的入口通道

192a 从湿度控制腔穿过壳体上部区段的出口通道

193  可选择性渗透的薄膜

194 O形环

195 垫圈

196 插入环

197 锁闭环

198w 在缝隙内环绕湿度控制腔的入口通道和出口通道的较大O形环

199 上部固定板中的湿度控制腔

200 分析物传感器

A   分析物分子

F   正在测试的薄膜

x   侧向

y   纵向

z   横向

概述

总体参照图1，本发明涉及一种分析物渗透测试仪器100用的湿度控 制系统190。系统190包括(i)分析物渗透测试仪器100，(ii)用于感 测目标分析物A的传感器200，(iii)湿度控制腔199，以及(iv)水蒸 汽可渗透而目标分析物A不可渗透的选择性渗透膜193。分析物渗透测 试仪器100限定可操作以接合测试薄膜F的测试腔129，使得在整个渗 透测试期间测试腔129由测试薄膜F密封地分为第一单元129¹和第二单 元129²。传感器200布置为与第一单元129¹流体连通。湿度控制腔199 布置为与具有已知湿度的气体源(未示出)和第一单元129¹都流体连通， 并且选择性渗透膜193将湿度控制腔199与第一单元129¹密封地分开。

通过将湿度控制腔199定位为靠近第一单元129¹并且穿过选择性渗 透膜193与之直接流体连通，湿度控制系统190能迅速并且有效地控制 第一单元129¹内的湿度，即使第一单元129¹与流体流密封隔开。

测试系统

构造

在图1中示出了根据本发明的能够测量分析物A穿过薄膜F的传输 速率的测试系统10的示例性实施例。测量单元100限定由要测试的薄膜 F密封地分为上部单元129¹和下部单元129²的测试腔129。惰性气体源 21经由入口导管41a和出口导管41b与上部单元129¹连通，用于在测试 之前冲洗上部单元129¹。适合的惰性气体具体但不排它地包括：氮气、 氩气、氦气、氪气或氮气和氢气的混合物等。包含已知浓度分析物A的 测试气体源22经由入口导管42a和出口导管42b与下部单元129²连通， 用于给下部单元129²连续地提供测试气体，以确保下部单元129²内的分 析物A的浓度在整个测试期间保持恒定。切断阀31a和31b分别设在入 口导管41a和出口导管41b中，用于控制穿过上部单元129¹的惰性气体 的流动。类似地，切断阀32a和32b分别设在入口导管42a和出口导管 42b中，用于控制穿过下部单元129²的气体的流动。

用于目标分析物A的分析物传感器200布置为与上部单元129¹流体 连通，用于感测上部单元129¹内目标分析物A的存在。通常目标分析物 包括氧气、二氧化碳、一氧化碳和水蒸汽。分析物传感器200可选自能 检测并且消耗目标分析物A的任何宽泛种类的商业上可利用的消耗型传 感器，而且基于电化学传感器的高敏感性和低成本以及这种传感器在用 于本发明中时服从法拉第定律-避免了校准传感器的需要的事实，电化学 传感器通常是优选的。

分析物传感器200经由电导线80与安装有电子存储器(未示出)的 适当中央处理单元50相连通，并且该中央处理单元50可选地但是优选 地附接至监视器60和/或打印机70，用于存储和报告由分析物传感器200 检测到的分析物A的浓度。

使用

要测试的薄膜F“装载”入测试腔129，以便用暴露至两个单元129¹和129²的已知面积的薄膜F将测试腔129密封地分为上部单元129¹和下 部单元129²。切断阀31a和31b然后打开，以允许惰性气体流过上部单 元129¹，用于从上部单元129¹冲洗分析物A。冲洗之后，切断阀31a和 31b闭合，以将上部单元129¹与周边环境密封隔开。切断阀32a和32b 然后打开，以允许包含已知浓度分析物A的气体流入下部单元129²。然 后由分析物传感器200检测并记录上部单元129¹内的分析物A的存在。 通过确保分析物A能通过其进入上部单元129¹的唯一路线是穿过薄膜F 的“暴露”面积，并且通过选择消耗分析物A比分析物A传输穿过薄膜F 更快的分析物传感器200，于是一旦获得稳态速率，分析物传感器200 检测分析物A的速率就能直接等于用于薄膜F的已知“暴露”面积的分析 物传输速率。

测量单元

构造

在图2-6中示出了根据本发明的能迅速并且准确地测量分析物A穿 过薄膜F的传输速率的测量单元100的示例性实施例。

测量单元100包括(i)壳体110，(ii)固定板120，(iii)致动器130， (iv)用于控制与分析物传感器200的流体连通的阀140，(v)壳体110 和固定板120中的通道150，用于将测试气体(未示出)引导入固定板 120中的下部单元129²，以及(vi)流动控制系统(没有共同地编号)， 包括用于针对流体流而选择性地打开和密封地关闭固定板120中的上部 单元129¹的流动控制通道170和O形环密封件180。测量单元100可选 地，但是优选地，还包括湿度控制系统190。

壳体110包括相互配合地限定固位腔119的上部区段111和下部区段 112。

参照图4A、4B、5A、5B、6A和6B，上部固定板121和下部固定 板122(共同地称为固定板120)被保持在由壳体110限定的固位腔119 内，同时上部固定板121的上表面121u从壳体110的上部区段111的下 表面111i沿纵向y偏移一定距离，以在其间限定一缝隙160。上部固定 板121和下部固定板122在其间限定测试腔129。环绕测试腔129的O 形环125设置在固定板120之间。测试腔129能通过在叠加O形环125 的固定板120之间布置测试薄膜F而被密封地分为上部单元129¹和下部 单元129²，并且将固定板120压缩在一起以便密封地压缩固定板120之 间的O形环125的整个外周。

通常优选地将测试腔129构造为提供大约1cm³至大约3cm³的上部 单元129¹。大于大约3cm³的上部单元129¹响应非常慢，因为上部单元 129¹内的分析物A的分子仅在分子进入分析物传感器200时由分析物传 感器200消耗且检测到，并且上部单元129¹仅依靠扩散来使上部单元129¹内的分子移动。小于大约1cm³的上部单元129¹倾向于在测试期间引起薄 膜F的面积与上部固定板121的上表面(没有编号)相接触，从而将误 差引入测试结果，因为分析物A不能容易地通过这些“被覆盖”的面积穿 过薄膜F进入上部单元129¹。

参照图4A、4B、5A、5B、6A和6B，下部固定板122安装于致动 器轴131的远端(未编号)上，用于在下部位置或打开位置和上部位置 或封闭位置之间由致动器130沿纵向重新定位固定板120，在所述下部位 置或打开位置，在上部固定板121的上表面121u和壳体110的上部区段 111的下表面111i之间产生沿纵向更厚的缝隙160(如图4(总起来说4A、 4A¹、4A²和4A³)中所示)，在所述上部位置或封闭位置，在上部固定板 121的上表面121u和壳体110的上部区段111的下表面111i之间产生沿 纵向更薄的缝隙160(如图5(总体来说5A、5A¹、5A²、和5A³)中所 示)。

参照图6A和6B，流入下部单元129²的流体流分别由在壳体110的 上部区段111、上部固定板121和下部固定板122中对准的入口通道151a、 151b和151c提供。以类似的方式，从下部单元129²流出的流体流分别 由在壳体110的上部区段111、上部固定板121和下部固定板122中对准 的出口通道152a、152b和152c提供。较大直径的O形环151w被定位 在缝隙160内，环绕壳体110的上部区段111以及上部固定板121中的 入口通道151a和151b，用于阻止测试气体流过缝隙160。以类似的方式， 较大直径的O形环152w被定位在缝隙160内，环绕壳体110的上部区 段111以及上部固定板121中的出口通道152a和152b，用于阻止测试气 体流过缝隙160。

参照图4A和4B，流动控制系统(没有共同地编号)包括(i)穿过 壳体110的上部区段111和上部固定板121的流动控制通道和通路170， 以及(ii)定位于缝隙160内并且环绕各种通道和通路170的不同直径和 不同厚度的O形环密封件180。流动控制系统提供了在适当的时刻针对 流体流打开和封闭上部单元129¹和分析物传感器200的迅速、简单且可 靠的方法。

参照图4A和4A¹，流入上部单元129¹的流体流分别通过壳体110的 上部区段111和上部固定板121中的沿侧向x和/或横向z偏移的入口通 道171a和171b来提供。以类似的方式，现在参照图4A和4A²，从上部 单元129¹流出的流体流分别通过壳体110的上部区段111和上部固定板 121中的沿侧向x和/或横向z偏移的出口通道172a和172b来提供。

参照图4A和4A¹，小直径的O形环181v被定位在缝隙160内，环 绕上部固定板121中的入口通道171b。大直径的O形环181w也定位在 缝隙160内，用于环绕壳体110的上部区段中的入口通道171a和上部固 定板121中的入口通道171b以及完全地环绕小直径的O形环181v。以 类似的方式，现在参照图4A和4A²，小直径的O形环182v定位在缝隙 160内，环绕上部固定板121中的出口通道172b，同时大直径的O形环 182w定位在缝隙160内并且环绕壳体110的上部区段111中的出口通道 172a和上部固定板121中的出口通道172b以及环绕小直径的O形环 182v。

参照图4A、4A¹、4A²、4A³、5A、5A¹、5A²和5A³，选择大直径的 O形环181w和182w的厚度或沿纵向y的高度，以使得这些O形环181w 和182w密封地接合于缝隙160内，而不管固定板120处于打开或封闭的 沿纵向y的位置，从而防止流体在缝隙160内自由地流动。选择较小直 径O形环181v和182v的厚度或沿纵向y的高度，以使得这些O形环 181v和182v仅在固定板120处于封闭的沿纵向y的位置时密封地接合于 缝隙160内。较大(181w和182w)和较小(181v和182v)O形环与不 同厚度的较大(181w和182w)和较小(181v和182v)O形环相组合的 这种定位允许入口通道(171a和171b)和出口通道(172a和172b)同 时地打开流体流，用于通过使固定板120沿纵向移入如图4A、4A¹和4A²所示的向下或打开位置而在测试时期之前冲洗上部单元129¹，并且同时 地封闭流体流，用于通过使固定板120沿纵向y移入如图4B、4B¹和4B²所示的向上或封闭位置而在测试期间密封上部单元129¹。

参照图4A、4A³、5A和5A³，分析物传感器200分别经由在壳体110 的上部区段111和上部固定板121中沿纵向y对准的通路173a和173b 与上部单元129¹连通。大直径的O形环183w定位在缝隙160内，环绕 两个通路173a和173b，用于确保从上部单元129¹扩散入分析物传感器 200的流体不会被来自缝隙160的流体所污染。

为了延长分析物传感器200的使用寿命，尤其在使用电化学传感器 时，通路173a应当在除了测试期间以外的所有时间(即，仅在上部单元 129¹已经用惰性气体冲洗并且密封以使得上部单元129¹中仅有的分析物 A是渗透穿过测试薄膜F的分析物A后)封闭。参照图4A、4A³、5A 和5A³，用于提供这种通向分析物传感器200的受限制路径的有利技术 是将常闭的气门阀140定位在通路173a内，而且气门阀140的主体141 密封地楔入通路173a并且气门阀140的杆142朝着缝隙160沿纵向y向 下延伸。向上延伸的销121n设在上部固定板121上，用于沿纵向y向上 压靠在阀杆142上并且从而仅在固定板120处于上部位置或封闭位置时 打开阀140。

分析物A穿过大部分塑料薄膜F的传输速率对于湿度是敏感的，湿 度增大倾向于导致传输速率增大。大部分分析物传感器200对于湿度也 有些敏感，尤其是如果允许“变干”。因此，为了获得一致并且可比较的 测试结果，重要的是保持测试腔129内(尤其是封闭的上部单元129¹内) 恒定的相对湿度。为了保持上部单元129¹内的恒定湿度，可以设置湿度 控制系统190。在图5A、5A¹、5B和5B¹中示出了适合的湿度控制系统 190。湿度控制系统190包括一对湿度控制腔199，它们在上部固定板121 中相对于分析物传感器200沿径向定位并且与上部单元129¹和缝隙160 均流体连通。入口通道191a和出口通道192a设在壳体110的上部区段 111中，用于将每个湿度控制腔199设置成与具有已知湿度(通常是0％ 或100％相对湿度)的气体源(未示出)流体连通。大直径的O形环198w 定位于缝隙160内，环绕每个湿度控制腔199和相应组的入口通道191a 和出口通道192a。对于水蒸汽是可渗透的而对于目标分析物A是不可渗 透的薄膜193，比如质子交换()薄膜，设在每个湿度控制腔199 进入上部单元129¹的开口的上方，用于允许湿度控制腔199和上部单元 129¹之间的流逸，而不将外部分析物A引入上部单元129¹中或者不允许 分析物从上部单元129¹的逃逸A未被检测到。选择性渗透薄膜193可以 由如图5A¹和5B¹中所示的O形环194、垫圈195、插入环196和锁闭环 197密封地在每个湿度控制腔199内保持就位。

使用

通过启动致动器130以使致动器轴131降入移除位置(未示出)并 且使固定板120穿过壳体110下部区段112的打开侧(未编号)滑出而 从保持腔129移除固定板120，在所述移除位置，缝隙160内的O形环 密封件180不再与壳体110的上部区段111相接触。

然后，使上部固定板121与下部固定板122分开，并且要测试的薄 膜F的样品位于测试腔129上方的下部固定板122的顶上，从而完全地 接合环绕测试腔129的O形环125的整个外周。

然后，使上部固定板121回到下部固定板122的顶上并且紧固至下 部固定板122，以便密封地将薄膜F夹持在板121和122之间，从而用 暴露至两个单元129¹和129²的已知面积的薄膜F将测试腔129密封地分 为上部单元129¹和下部单元129²。“加载”的固定板120然后滑动返回入 固位腔119中。

参照图4A、4A¹、4A²和4A³，致动器130被启动以将加载的固定板 120移入“打开”位置中，在该“打开”位置，定位在缝隙160内的较大直径 O形环181w、182w、183w和198w密封地接合壳体110的上部区段111 的下表面111i而缝隙160内的较小直径O形环181v和182v不这样。在 固定板120处于“打开”位置时，通过将壳体110的上部区段111中的入 口通道171a布置为与加压的惰性气体源21流体连通并且允许惰性气体 顺序地流过壳体110的上部区段111中的入口通道171a、流过缝隙160 由较大直径O形环181w环绕的部分、流过上部固定板121中的入口通 道171b、流过上部单元129¹、流过上部固定板121中的出口通道172b、 流过缝隙160由较大直径O形环182w环绕的部分、并且穿过壳体110 的上部区段111中的出口通道172a从测量单元100流出，上部单元129¹用惰性气体冲洗以从上部单元129¹移除任何目标分析物A。

参照图4B、4B¹、4B²和4B³，在冲洗之后，启动致动器130以便将 加载的固定板120移入“封闭”位置，在该封闭位置，缝隙160内的较大 直径O形环181w、182w、183w和198w以及较小直径O形环181v和 182v都密封地接合壳体110的上部区段111的下表面111i，从而使上部 单元129¹与周围环境密封隔开。

参照图4A³，加载的固定板120进入“封闭”位置的移动还引起上部固 定板121上的销121n与壳体110的上部区段111中的通路173a内的阀 140上的杆142接合，从而打开通路173a并且从而将分析物传感器200 布置为与上部单元129¹流体连通。

在固定板120处于“封闭”位置时，下部单元129²用包含已知浓度目 标分析物A的测试气体冲洗并且在整个测试期间连续地供应“新鲜”测试 气体，以确保下部单元129²内的目标分析物A的浓度保持恒定。通过将 壳体110的上部区段111中的入口通道151a布置为与加压的测试气体源 22流体连通并且允许测试气体顺序地流过壳体110的上部区段111中的 入口通道151a、流过缝隙160由较大直径O形环151w环绕的部分、流 过上部固定板121中的入口通道151b、流过下部固定板122中的入口通 道151c、流过下部单元129²、流过下部固定板122中的出口通道152c、 流过上部固定板121中的出口通道152b、流过缝隙160由较大直径O形 环152w环绕的部分、并且穿过壳体110的上部区段111中的出口通道 152a从测量单元100流出，将测试气体引导入下部单元129²中。

目标分析物A将在分析物A试图从较高浓度区域(即下部单元129²) 扩散至更低浓度区域(即上部单元129¹)时渗透穿过薄膜F。由于测试 气体连续地流过下部单元129²，较高浓度区域中的目标分析物A的浓度 在整个相关测试期间保持恒定。类似地，由于分析物传感器200消耗上 部单元129¹内的目标分析物A比目标分析物A渗透穿过薄膜F更快， 所以更低浓度区域中的目标分析物A的浓度在整个相关测试期间也保持 为基本上恒定为零。

最后，系统将达到稳态的条件，其中分析物A由分析物传感器200 在上部单元129¹中检测的并且由中央处理单元50报告的速率保持恒定。 对于薄膜F的“暴露”面积而言，这个稳态的速率直接等于薄膜F的渗透 速率。

示例

示例1

将1.0毫英寸厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯聚酯薄膜放置于图1-7中所 示的渗透测试系统的固定板之间，以便提供薄膜的暴露至上部单元和下 部单元的50cm²的面积。使用以下测试参数根据ASTM D3985实施渗透 测试：

上部单元中的气体

类型：       100％N₂

相对湿度     10％

下部单元中的气体

类型：       100％O₂

相对湿度     10％

测试腔温度： 23℃

气压表：     742.3毫米汞柱

上部单元内的氧气用覆盖有多孔膜的高敏感性标准电化学氧气传感 器连续地感测。利用五分钟的报告周期，每个报告周期利用公式A，从 由传感器所感测的安培电流来计算氧气穿过薄膜的传输速率(O2TR)。 在整个测试期间每个报告周期计算的O2TR在图8中示出并且在下面的 表格1中阐明。在50个报告周期(4小时10分钟)之后报告的薄膜的 O2TR是60.975cm³/(m²)(天)。

O2TR＝安培电流/(面积)(k₁₎(k₂)(k₃)        (公式A)

其中：

O2TR＝氧气的传输速率(cm³/(m²)(秒))

安培电流＝传感器产生的安培电流(库仑/秒)

面积＝薄膜的暴露面积(m²)

k₁＝标准温度和压力下每立方厘米的氧气分子(2.6876×10¹⁹分子/cm³)

k₂＝每个氧气分子传感器的共价键结合所涉及的电子(4e^-/分子)

k₃＝每个电子产生的库仑力(1.6×10¹⁹库仑/e^-)

表格1

  时间   (小时:分钟)   O2TR   cm³/(m²)(天)   5   0.1   10   5.078   15   15.105   20   25.023   25   33.235   30   39.666   35   47.96   40   51.218   45   53.614   50   55.399   55   56.72   1:00   57.732   1:05   58.499   1:10   59.073   1:15   59.491   1:20   59.844   1:25   60.086   1:30   60.254

 时间  (小时:分钟)   O2TR   cm³/(m²)(天)   1:35   60.397   1:40   60.51   1:45   60.592   1:50   60.67   1:55   60.715   2:00   60.769   2:05   60.785   2:10   60.807   2:15   60.84   2:20   60.857   2:25   60.843   2:30   60.858   2:35   60.858   2:40   60.896   2:45   60.9   2:50   60.935   2:55   60.952   3:00   60.957

  时间   (小时:分钟)   O2TR   cm³/(m²)(天)   3:05   60.973   3:10   60.97   3:15   60.966   3:20   60.954   3:25   60.959   3:30   60.948   3:35   60.98   3:40   60.984   3:45   60.978   3:50   60.974   3:55   60.973   4:00   60.984   4:05   60.968   4:10   60.975