CN101598698B - 分析物渗透测试仪器的感测单元用的湿度控制系统 - Google Patents
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Abstract
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)对于水蒸气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。
Description
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 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
Claims (12)
1.一种分析物渗透测试仪器用的湿度控制系统，该湿度控制系统包括：
(a)限定测试腔的分析物渗透测试仪器，所述测试腔能操作以接合测试薄膜，使得在整个渗透测试期间所述测试腔由所述测试薄膜密封地分为第一单元和第二单元，
(b)用于感测目标分析物的传感器，其中所述传感器与所述第一单元流体连通，
(c)湿度控制腔，该湿度控制腔被定位为与所述第一单元相邻并且与具有已知湿度的气体源和所述第一单元流体连通，以及
(d)将所述湿度控制腔与所述第一单元密封地分开的选择性渗透膜，其中所述选择性渗透膜对于水蒸汽是能渗透的而对于所述目标分析物是不能渗透的。
2.根据权利要求1所述的湿度控制系统，其中所述传感器是氧气传感器。
3.根据权利要求1所述的湿度控制系统，其中所述传感器是一氧化碳传感器。
4.根据权利要求1所述的湿度控制系统，其中所述传感器是二氧化碳传感器。
5.根据权利要求1所述的湿度控制系统，其中所述第一单元在每个渗透测试期间的整个持续时间内与流体流密封隔开。
6.根据权利要求1所述的湿度控制系统，其中所述已知湿度是0％。
7.根据权利要求1所述的湿度控制系统，其中所述已知湿度是100％。
8.根据权利要求1所述的湿度控制系统，其中所述已知湿度在10％和90％之间。
9.根据权利要求1所述的湿度控制系统，其中所述选择性渗透膜是磺化四氟乙烯共聚物膜。
10.根据权利要求9所述的湿度控制系统，其中所述选择性渗透膜是质子交换膜。
11.根据权利要求1所述的湿度控制系统，还包括与所述湿度控制腔流体连通的入口通道和出口通道，用于将具有已知湿度的气体从所述湿度控制腔导入和排出。
12.根据权利要求1所述的湿度控制系统，其中(i)提供从所述第一单元至所述传感器的流体通路的开口被中心地定位在所述第一单元内，并且(ii)所述系统包括至少一对分开并且独立的湿度控制腔，所述湿度控制腔围绕从所述第一单元至所述传感器的所述开口径向相对，同时每个湿度控制腔通过选择性渗透膜与所述第一单元密封地分开。
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