阻隔性功能材料是目前食品药品包装中zui常用的功能性包装材料，选择具有阻隔性功能的包装材料可以使内容物获得更好的保存效果以及更长的保值期。阻隔性检测是随着阻隔性功能材料的广泛应用而获得推广的一项检测项目，zui近几年随着食品安全工程的推广逐渐被大家所认知和接受。本文简要介绍了我国的阻隔性测试技术的进展。
1 压差法气体透过率测试准确度与等压法不相上下
1.1 设备测试准确度的影响因素
在透气性测试领域中，真空法（压差法的典型代表方法）是zui早使用的测试方法，利用这种方法不但可以获得材料的透气量，更能同时获得材料的渗透系数、扩散系数、溶解度系数等多项与材料阻隔性能紧密相关的检测指标。评价真空法设备的三大关键指标是：测试腔的泄漏率、真空泵的抽真空能力、以及真空传感器的精度。其中真空传感器的精度直接决定了真空法设备的检测精度以及测试分辨率，测试腔的泄漏率对于任何一种透气性测试方法来讲都是直接关系到测试数据准确性的一个因素，而真空泵的抽真空时间则关系到测试时间的长短，这三个因素综合决定了设备的测试准确度（即检测下限）。
1.2 历史评价
众所周知，上世纪中期真空技术尚处在发展初期，依靠当时的技术，真空腔的密封性、真空泵的抽气速度及所能达到的真空度、真空传感器的分辨率和精度都比较低。真空技术的落后直接导致真空法设备测试精度低、测试准确度差。而上世纪70年代基于库仑原理的微量氧探测技术发展较快，应用在阻隔性检测领域中可以获得较高的测试精度，同时省去一段较长的抽真空时间，因此当时氧传感器法（等压法之一）比真空法具有更高的检测精度以及更快的检测速度。可见，一些文献对等压法所持有的高度评价是源于上世纪70～80年代中氧传感器法所表现出的突出优势，不过后来这些评价被断章取义地引用在一些文章中从而造成了对于压差法的错误认识。
1.3 当前发展
按照zui早制定的等压法测试标准ASTM D 3985，只有MOCON公司的传感器（采用库仑法）才符合要求，这与MOCON公司直接参与标准制定以及ASTM行业标准的维护政策不无关系。实际上，目前看来库仑法氧传感器并不是氧探测技术中zui先进的方法，而且使用寿命很有限，经过近20多年的发展等压法所应用的传感器已经于库伦法传感器，ASTM D3985的局限性以及与ISO15105-2之间的矛盾却明显地表现出来，因此相应检测设备的发展速度也大大减缓。尽管基于其他原理的氧传感器目前也应用于透气性测试领域，但是由于标准的限制使得传感器采用之争发展到标准推广之争，所以对等压法的发展起到了一定的负面作用。
然而在过去的30年内真空技术却有了长足的进步，发展至今，真空法的测试准确度（检测下限）已经由早期的250px3/m2·24h·0.1MPa（例如早期的东洋精机设备）改进到如今的0.25px3/m2·24h·0.1MPa（Labthink VAC-V2型压差法气体渗透仪），其测试下限比2005年zui先进的真空法设备VAC-V1又有了明显的突破，所采用的真空传感器分辨率可以达到0.1Pa，可确保低压侧真空度保持在20Pa以内，完全可以满足EVOH、铝箔等高阻隔材料的检测需求。正如同之前所述，部分文献中所提到的压差法设备检测精度低、无法满足高阻隔材料的检测需要只是对于上世纪70年代的状况描述，是非常片面的。同时，以目前的真空技术能力，真空法设备的测试准确度以及测量精度还有提高的空间，只是这些改进都会导致设备成本的剧烈增长。
等压法设备的结构密封性与压差法设备有相同级别的要求，因为微小泄漏所引起的氧气渗入会对测试带来明显影响。鉴于此，氧传感器法采用了与真空法雷同的设备结构，例如减少管路接口、采用真空元件，以尽可能地减少设备的泄漏，不过在密封以及焊接方面还是真空设备能做的更加专业。因此，系统的泄漏率是直接影响设备测量下限的zui主要原因。参照德国、日本等工业技术发达国家当前的制造水平，目前看来要制造一个系统泄漏率低于0.01ml/m2·24h·0.1MPa的结构是非常困难的， Labthink VAC-V2的测试下限就是0.01ml/m2·24h·0.1MPa，我们认为VAC-V2的系统泄漏率要小于这个值，而MOCON公司的*等压法设备目前的zui高检测下限也就是能达到0.01cc/m2·day。这样看来，在全球范围内压差法和等压法设备的测试精度及检测下限已经达到同样的级别，可以说在高阻隔材料的检测方面这两种方法不分高低，但是压差法在进行较高透气性试样的检测方面也同样非常出色，而这一领域无论是在检测成本还是测试准确度上都是等压法设备的薄弱环节。
2 多腔全自动杯式法水蒸气透过率测试技术全面推广
2.1 杯式法是我国国家标准*认可的透湿性测试方法
杯式法（又叫称重法）是目前我国国家标准*认可的透湿性测试方法。我国的质检系统以及逐渐发展起来的中国包装工业自上世纪70年代起在进行材料的透湿性检测时就全部采用杯式法。杯式法（称重法）可以分为渗透进入透湿杯的增重法和渗透离开透湿杯的减重法两种测试方法。增重法的透湿杯中放有干燥剂，可认为透湿杯内部为0％RH，试验环境为38℃、90％RH；而在减重法中透湿杯内盛有蒸馏水或是饱和盐溶液，如果盛的是蒸馏水可认为透湿杯内部为100％RH，试验环境为38℃、10％RH。
2.2 减重法是发展的必然趋势
早期使用比较多的是增重法，这种利用干燥剂在透湿杯内吸湿、同时将透湿杯放在恒温恒湿环境中使杯内外保持恒定相对湿度差的测试方法现在仍有一定的应用，可是它对所使用的透湿杯及干燥剂都有一些限制，如各相关标准中都明确要求透湿杯中应有足够的空间使得操作者在每次称量后都能轻微振动杯中的干燥剂使其上下混合，以免长时间使用上层干燥剂使其干燥效用减弱，而且在干燥剂干燥效用明显减弱之前必须完成试验。由这些描述不难看出，目前的增重法要脱离试验人员自动进行是很难实现的，而且也不符合标准的要求。此外，由于试验操作者的操作习惯存在差异而且所采用的干燥剂干燥效能也不完全一致，在实际应用中这些都影响了增重法的推广，其无法脱离试验人员自动进行的现实也为增重法的改进带来了很大的困难。
减重法的兴起要比增重法晚一些，但其自身的优势十分突出，可以长时间保持透湿杯内部环境100％RH（内部盛放蒸馏水）。减重法不使用干燥剂，而是在试样的上方鼓以快速气流来把渗透出的水蒸气带走，这样称量透湿杯时，得到的就是透湿杯重量的减少量。减重法与传感器法的测试环境一致，全都采用蒸馏水或饱和盐溶液来实现试样一侧为100％RH的条件，事实证明这样达到的相对湿度差要比使用干燥剂更加稳定。从ASTM E 96标准给出的试验过程及计算公式看，增重法和减重法的试验数据在理想状况下应是相同的。
传统杯式法的测量精度往往不只受到分析天平精度的限制，环境因素、操作过程、试验状态也能对试验结果产生无法估量的影响。理论分析和试验现象都表明当试样脱离状态调节环境进入试验环境后，在开始的一段时间内水蒸气的渗透处在非平衡状态，需要一段平衡时间渗透才能达到平衡，这段时间因材料的不同而异。然而在试验环境与称量环境不一致的情况下当透湿杯离开测试环境进行称重时就已经破坏水蒸气对测试材料的渗透平衡，因此当把透湿杯放回恒温恒湿箱后需要一段平衡时间来恢复渗透平衡，但传统的增重法在时间计算中忽略了这段平衡时间。因此很多文献都认为传统增重法无法在一个稳定的状态下进行试验，而实现在试验环境中进行透湿杯称重是避免渗透平衡被破坏的有效途径。实际上，增重法由于干燥剂存在吸收上限、而且干燥剂的吸湿达到一定程度后必须进行更换，因此要实现称量过程与试验过程在同一环境中只能采用减重法。结合之前所述，利用减重法原理完全可以制造出实现称量过程与试验过程一致的全自动设备。
减重法的检测环境与几种传感器法（电解分析法、红外检定法等）一致，即通过蒸馏水或饱和盐溶液在试样的一侧提供稳定的湿度，而另一侧（测试腔环境）通过外界控制手段保持干燥，这种干燥的控制可以在不破坏试验过程的前提下稳定进行，因此减重法测试数据稳定性更好，是未来称重法的发展趋势。
2.3 多腔全自动设备成为
Labthink兰光利用减重法原理于2000 年全球*全自动称重法测试仪，在薄膜水蒸气透过量测试研究取得突破性进展后于2003年推出全球精度zui高、效率zui高的十二腔全自动透湿性测试仪TSY-T3，采用的同样是减重法原理。正如之前所述它与增重法在测试原理上不存在差异，因此使用减重法也符合国标透湿性测试的基本原理。自2003年开始推出TSY-T3十二腔全自动透湿性测试仪，市场上经历了轰动、怀疑、认可、接受、广泛使用等一系列过程，该设备集全自动检测与高测试效率于一体的巨大优势不但有效解决了增重法检测中测试结果受操作人员等因素的影响，同时很好的弥补了传统杯式法测试效率低的不足，完全满足了目前市场上对于自动化检测设备的迫切需求，表现出更高的性价比。近3年的市场使用对于该设备的测试数据稳定性、重复性以及测试效率都有非常高的评价，因此目前多腔全自动透湿性测试设备已经成为质检部门、研究机构、企业的。
3 电解法水蒸气透过率测试方法列国家标委会标准制修订计划
3.1 标准体系需要完善
随着我国加入WTO，我国标准体系也日趋完善，近几年更是参照ISO制定了大量标准，涉及各行各业，为有效提高国家标准水平、进而促进提升国内企业的制造水平、增强我国民族工业的竞争力起到了显著的作用。同时，国家标准与国际标准接轨后也可以为我国产品的出口减少阻碍。我国标准体系的完善有助于整个标准制度推广的加强，避免有些以市场为导向的国外标准在国际贸易中长期占据优势地位，由于这些标准中多数含有一些技术，因此这些标准的长期使用对于我国检测技术的发展没有太多贡献，从长远的角度看这是非常不利的。同时，我国标准中不但加强对于新标准的制定也看重对于已有标准的修订工作，使得国标标准内容能够与世界水平保持一致的要求。
zui近10年我国的阻隔性检测技术发展非常迅速，例如减重法不但解决了过去试验无法脱离测试人员而独立进行，而且显著提高测试效率，我国自主研发的压差法气体渗透仪在测试精度、测试准确度上都处于世界前列。考虑到国际贸易以及ISO标准中存在多种检测方法的现实，丰富我国目前方法单一的阻隔性测试标准是一件迫在眉睫的事情。
3.2 电解法水蒸气透过率测试方法标准将推出
现在，我国的阻隔性测试标准仅有GB 1037《塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法——杯式法》、GB 1038《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法——压差法》以及GB/T 19789《包装材料 塑料薄膜和薄片氧气透过性试验——库仑计检测法》，主要集中在透气透湿性检测的基础检测方法上，即是压差法和杯式法，而GB/T 19789也是在2005年才刚刚制定的。尽管已经可以满足当前的检测需求，然而与ISO标准相比所涉及到的阻隔性测试方法还是太少，例如透湿性测试中的减重法、红外传感器法、电解分析法，容器阻隔性检测中的等压法、电解分析法，以及有机气体渗透性测试中的气相色谱法等。为了与国际标准接轨，这些标准急需制定。
目前，电解法水蒸气透过率测试方法的标准我司已获国家标准的起草资格，该项标准的修订工作预计将于2007年全部结束，这一方面是对我国阻隔性测试方法标准体系的完善，另一方面也可以为药包材检测标准中的相应检测方法提供具体的测试依据。
4 数据拟合在阻隔性测试中的应用项目获国家质监总局科技项目立项
4.1 阻隔性参数的数据拟合
众所周知温度对阻隔性测试的影响是十分显著的，温度的波动能够引起阻隔性能的大幅度变化。无机气体的渗透系数、扩散系数、溶解度系数与温度的关系均服从Arrhenius方程，温度升高，P、D、S增大，温度波动明显影响测试结果。
式中 P、D、S——渗透系数、扩散系数、以及溶解度系数
P0、D0、S0——与气体－固体配偶有关的常数
EP、ED、ΔH——透过活化能、扩散活化能、溶解热
R——摩尔气体常数，8.31441J/mol·K
T——温度
温度变化也是包装在实际存放环境中zui常遇到的问题。很多情况下，产品的包装材料在进行测试时得到的试验结果非常好（表现出很高的阻隔性能），但是一到了实际使用中，往往出现这样那样的质量问题，从而容易引起产品的质量问题。这与材料的阻隔性测试环境与实际应用环境温度不同有直接关联，这种温度变化表现出来不但影响了材料的机械性能，也往往引起了包装材料阻隔性能的显著变化，也就是说目前实验室的试验数据不能很好的表征材料在实际使用条件下的阻隔性能。而在食品药品等行业，包装材料用在低温、高温下的例子比比皆是。
要想准确、科学地获得在某温度下的阻隔性数据，zui常规的处理方法就是在该温度下进行实际测试。但检测设备的使用温度范围常常不能满足这种要求，而且创造高温试验环境或者低温试验环境也需要很高的成本，因此要实际在这些特殊检测条件下进行检测是非常困难的。由于特殊温度点的阻隔性数据有很大的应用需求，而实现实际测试难度太大，因此我们结合拟合算法以及Arrhenius方程来实现了利用已知温度点的透气性能参数按照阻隔性参数拟合算法来获得在特殊温度下的透气性能数据。要实现数据拟合在透湿性测试上的应用，目前还存在一定难度，一方面透湿性测试的对象是水蒸气，它的物化性质与无机气体差异较大；另一方面水蒸气在聚合物中的渗透能够引起聚合物的溶胀，而且透湿性试验的P、D、S与温度的关系都只是类似遵守Arrhenius关系，因此拟合值与实际测试值的差距可能较大。
4.2 数据拟合在阻隔性测试中的应用项目
关于数据拟合的实际应用兰光实验室在初期进行了常温所能达到的0～50℃范围内的拟合数据与实际测试数据的验证，但是由于场地以及特殊温度专用设备研发的问题，在-50℃～0℃以及50℃～100℃的温度范围内的试验验证工作一直很难开展。基于此有些专家对于阻隔性参数的数据拟合的准确度以及可靠性存在怀疑。然而由于实际使用中对这种可以方便地获得不同温度下阻隔性数据方法的需求迫切，在2006年10月18日山东省产品质量监督检验研究院 国家包装产品质量监督检验中心（济南）与兰光合作将《软包装材料阻隔性数据拟合分析应用技术的研究》项目申报国家质检总局科技计划项目，同年11月申报计划获批，该项目正式启动。按照计划该项目将于2008年11月全面完成，届时研究比对的温度范围将由目前的0～50℃扩展至-50℃～100℃，完全满足当前食品药品等对于包装材料在实际包装使用以及贮藏使用的需要。该项目成果将会极大的丰富我国的阻隔性测试方法以及基础理论，也会为阻隔性测试在全国的推广普及提供便利，为食品安全、药品安全提供基础的检测服务。
5 总结
目前，随着食品安全、药品安全等工作的深入推广，阻隔性检测的重要性已经被中国包装市场所广泛接受。然而在采购相关检测设备时应该尤其注意所采用的测试方法以及执行的标准，尽管我国的国家标准在阻隔性检测方面还不完善，但是我国的包装检测设备在基础法方面已经处于世界的前列，完全可以满足我国各类包装研究机构、质检机构、生产厂家的应用需求。
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