氣調包裝頂空氣體取樣實踐

氣調包裝頂空氣體測量概述

為了測量頂空氣體（氧氣、二氧化碳、氮氣等）組分的濃度，必須保持頂空氣體的完整性，因為從產品包裝中提取氣體樣品，并將其運輸到分析儀中進行測量。這樣做的困難往往是包裝特性本身的一個功能——如果從包裝頂部空間抽取體積或完整性不足的氣體樣品，可能會導致相當大的測量誤差。這篇文章深入討論了這個問題，以及取樣和測試方法，這些方法可以顯著提高困難包裝的氣體測量精度。

氣體采樣量考慮

根據分析儀的類型和設計以及所需的精度，用于氣體測量的氣體體積可能會有很大的變化。通常情況下，25至50毫升的頂空氣體可確保在用于可折疊塑料薄膜袋或屏障膜密封產品托盤的標準橋式頂空氣體分析儀中進行充分（優于95%的終讀數）測量。由于氣體分析儀本身對截留體積的沖洗要求，在暴露于環境空氣后，要獲得非常低的氧氣水平，軟包裝上的非常（優于終讀數的99%）測量可能需要100 ml的氣體。上海錦川頂空氣體分析儀的采樣時間是客戶變量，從出廠默認值變為較高或較低值，以說明包裝頂空體積、包裝剛性和所需的終精度。

作為軟包裝頂部空間體積函數的試驗精度

上海錦川頂空氣體分析儀中的取樣泵將產品包裝中的頂空氣體輸送到氣體分析儀中進行測量。便攜式頂空氣體分析儀MapScan O2/CO2的10秒采樣時間（氧氣/二氧化碳氣體分析儀的出廠默認值）將導致從產品包裝中提取約25毫升的頂空氣體，軟包裝的內部體積相應減小。如果它減少到足以使包裝材料開始壓在包裝中包含的產品上，真空將開始被拉到包裝上。當產生真空時，取樣泵每秒將從包裝中抽出越來越少的氣體，直到包裝折疊時達到零氣體流動狀態。為確保準確測量，需要輸送15毫升可測量氣體。這意味著您必須在軟包裝中至少有15毫升的頂空氣體體積，以便在每次頂空氣體測試中準確測量氣體，而無需采用特殊的測試方法。如果實際的包裝氣體小于20毫升體積的樣品氣體，可以縮短采樣實際，但這樣會影響檢測精度。

硬包裝盒氣體取樣注意事項

上海錦川頂空氣體分析儀中的取樣泵在將樣品氣體吸入分析儀進行測量時，立即在硬包裝盒的頂空產生真空。因此，當從硬包裝中提取樣氣時，泵工作的真空度逐漸增加，氣體采樣率降低，直到達到零。這意味著硬包裝中的起始頂部空間氣體體積必須大于軟包裝中的氣體體積，以確保氣體測量精度。例如，為確保如上所述輸送15毫升頂空氣體硬包裝盒必須在大氣壓力下含有約50毫升頂空氣體。再次，一旦抽取約15毫升的氣體進行測量，泵的流速將降至零，氣體樣本將被容納并測量。

氣調包裝頂空二氧化碳與氧氣測試-響應時間問題

從上面的討論中可以看出，當包裝中有大量的氣體受到柔性薄膜的保護時，頂空氣體測試容易。當從容器（袋、袋、托盤等）中抽取氣體樣品時，阻擋膜會坍塌——并且包裝內的壓力保持在接近環境壓力的位置。這使得取樣泵處于小的應力下，并確保將完整的氣體樣品輸送到分析儀中進行準確的頂空測試。雖然二氧化碳的測量速度非常快（只有幾毫秒），但是氧傳感器需要幾秒鐘的時間來響應——這是極限情況，所以這就是我們要處理的問題。分析儀響應時間嚴格來說是兩個因素的函數——將新的氣體樣品帶入分析儀所需的時間（氣體傳輸時間）和分析儀進行測量所需的時間（傳感器響應時間）。我們已經測試了分析儀的兩個方面，如所附圖表所示-顯示了從20.60%的環境氧氣水平開始的氧氣測量的典型響應時間。

正如你在所附的圖表上看到的，氣體進入需要幾秒鐘，測量需要幾秒鐘。將氣體測量至終值98%所需的總時間約為10秒——工廠默認采樣時間。然而，這一特性意味著，在分析儀氧傳感器暴露于室內空氣后，在充滿氮氣的個包裝上，將有0.300%的殘余氧測量值。對于低水平殘余氧氣（通常在0.500%到0.050%范圍內）的測量，下面概述的“零后測試兩次”技術可大大提高氧氣測量精度。

對個包進行兩次測試-使用個包測試“預處理”分析儀的好處

在進行關鍵測量之前，應在環境空氣中對分析儀進行空氣校準，以確保分析儀的精度。這樣做會使分析儀內部暴露在環境空氣中，環境空氣中含有20.90%的氧氣。雖然這可以確保氧傳感器為將來的測量正確校準，但它也會使分析儀氣體管路和傳感器本身充滿大量氧氣。從室內空氣到氣調包裝頂空測試時，您可能會看到次測試的高殘差，然后在第二次和之后測試的包裝上看到非常好的讀數。這是因為用頂空氣體（尤其是隱藏在小裂縫中的氣體）替換分析儀中的所有氣體以及將傳感器自身調節到小氧氣水平所需的氣體體積和時間。（用于CO2測量的NDIR光學器件沒有這個問題，因為它們只在幾毫秒內做出響應。）

例如，假設您使用的分析儀測量二氧化碳和氧氣，并在歸零分析儀后將其用于次包裝測量。初始讀數應為0.0%的二氧化碳（環境空氣中含有0.04%的二氧化碳）和20.9%的氧氣。如果產品的頂空氣體中含有20%的二氧化碳和0.00%的氧氣，你會看到二氧化碳從0.05%上升到20.00%，氧氣從20.60%上升到0.500%——大約是終讀數的98%。

第二次對相同的頂空氣體的測試將再次產生20.0%的二氧化碳，但這次大約產生0.99%的氧氣，這是由于殘余氧氣擴散和氧氣傳感器的響應時間。關鍵是，次測試將使您接近真正的氧氣值，而連續的測試將使您保持在該值，并繼續提高準確性。使用該技術，次試驗可被視為“氧氣預處理”試驗，大大提高了第二次和后續試驗的準確性。進一步的測試只會提高接近零讀數的精度。

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