| 摘要 |
本文詳細敘述了當前等壓法透氣性測試中采用的標定方法——參考膜標定，並對該方法的實際使用情況進行了分析，同時推薦了另一種標定方法——標准氣體標定，指出在等壓法透氣性測試中應采用參考膜標定和標准氣體標定兩種模式，不但可以為等壓法的應用推廣掃清障礙並且可以降低使用成本。 |
| 關鍵詞
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等壓法,透氣性,標定,參考膜,標准氣體
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我們知道，等壓法中采用的氧傳感器會隨著使用時間的延長而出現損耗，表現出響應時間和響應效率的降低，在實際檢測中測試數據會表現出隨使用時間的延長而降低的趨勢。當傳感器出現損耗之後需要利用標准物質對設備的數據體系進行校正，因此所采用的標定方法的穩定性和便捷性非常重要。
本文通過分析現行等壓法標定方法的使用情況，對其中存在的問題進行了探討，並推薦了一種應用性更好的標定方法。
1．等壓法標定現狀
目前，在等壓法透氣性測試標准中普遍采用的標定方法是參考膜（Reference Material）標定。參考膜標定是采用一種透氧量已知的薄膜，在待標定的設備中進行檢測，將設備測得的試驗結果與已知的薄膜透氧量進行比較就可以判定設備工作是否正常、傳感器是否出現損耗。具體標定過程如下：
1)向設備生產廠家索取參考膜。參考膜有一定的使用期限，通常不超過一年，而且在需要重復使用時對參考
的保存條件有一定的要求。有效參考膜的獲得是參考膜標定的關鍵。
2)按照測試要求，對參考膜進行試驗前的預處理。
3)將試樣裝夾到設備中，按照參考膜給出的標准值以及設備的使用說明確定吹掃時間等參數，進入試驗。
4)當氧氣滲透達到穩定狀態後，獲得試驗結果。
5)將測得的試驗結果與參考膜的標准值進行比較，得出標定系數。一般標定系數的確定公式是：
其中k是標定系數，P0是薄膜透氧量的標准值，P是薄膜透氧量測試值。一些標准中給出的標定系數計算公式采用的是傳感器輸出信號之比，在原理上與此公式是一樣的，因此公式之間可以進行等效轉化。
6)通過程序將標定系數應用於測試結果的計算中，以後測得的試驗結果中都含有標定系數。在一些標准中也存在不計算標定系數而使其直接以比值形式應用在試驗結果計算中的情況。
在實際使用過程中，參考膜標定遇到了一些困難。首先，並不是世界各國的標准物質機構都將這種用於透氣性檢測的參考膜納入其標准物質的范疇，在很多國家中根本無法獲得這種得到本國標准物質機構認可的參考膜，因此導致一些等壓法設備由於無法獲得參考膜而處於一種無法標定的狀態。其次，參考膜的數據穩定性是有時間限制的，要進行有效的標定必須獲得有效的參考膜，然而由於一些等壓法設備是進口產品，因此設備的長期標定需求加深了對設備生產廠商的依賴，從而造成使用成本的增加。再次，目前獲得標准物質機構溯源的薄膜非常少，實際應用中參考膜標定都是進行單點標定的，而且采用的參考膜其阻隔性是屬於中阻隔的范疇，這樣可能會在高阻隔以及低阻隔材料檢測時出現標定誤差。可見，參考膜標定在方便性、准確性等方面表現欠佳，因此市場對准確有效、應用更寬的標定方法的需要非常迫切。
2．標准氣體標定
利用已知濃度的氣體進行標定可以很好地解決目前在參考膜標定中遇到的問題。標准氣體標定廣泛應用於微量氧探測領域中，是標定氧傳感器的最佳方法，采用幾種氧含量不同的標准氣體（氧含量一定）來完成標定。由於等壓法透氧性測試設備中最重要的探測元件是氧傳感器，因此我們完全可以采用這種方法來對等壓法設備進行標定以解決目前在參考膜標定中遇到的問題。
標准氣體標定需要准備幾種氧含量不同的標准氣體，一般采用的是50ppm、100ppm、以及500ppm的標准氣體，可以方便地在各地的標准氣體廠購得，價格相對參考膜要便宜很多，而且可以用於長期標定。具體標定過程如下：
1) 向系統中通入高純氮氣（99.999％）對系統上下腔同時吹掃約2小時。
2)向系統中通入氧含量為50 ppm的標准氣體，對系統上下腔同時吹掃，上下腔流量均為10ml/min，待傳感器輸出電信號值穩定後，選擇進行低端標定，觀察輸出的ppm值與標准值，若不一致，調整ppm值為所通入標准氣體的濃度值，確認標定。
3) 向系統中再通入氧含量為500ppm的標准氣體，對系統上下腔同時吹掃，上下腔流量均為10ml/min，待傳感器輸出電信號值穩定後，選擇進行高端標定，觀察輸出的ppm值與標准值，若不一致，調整ppm值為所通入標准氣體的濃度值，確認標定。
4)通過標准氣體標定確定標定系數，公式如下：
其中k是標定系數，CZERO是零點標定時標准氣體的濃度值，CZ是零點標定時傳感器輸出的濃度值，CEND是終點標定時標准氣體的濃度值，CE是終點標定時傳感器輸出的濃度值。
5) 當完成對低端和高端的標定後，需要進行標定驗證。向系統中通入高純氮氣對系統上下腔同時吹掃約2小時，再通入100 ppm的標准氣體，對系統上下腔同時吹掃，上下腔流量均為10ml/min，若傳感器輸出（標定已經完成）在100±3 ppm范圍內，表明標定成功，否則應找出原因，重新標定。
6)標定驗證過程中可以采用多種不同氧濃度的標准氣體，以加強對標定准確性的判定。若每一次標定驗證的數據都非常理想，最新標定的參數將被用於試驗中。
采用標准氣體標定具有很多優勢：
首先，標氣的來源廣闊，各地的標准氣體廠都能提供，因此就解決了標准物質來源匱乏的問題。其次，標准氣體中的氧濃度都是用ppm來表示的，ppm（10-6）是全世界通用的單位，解決了衡量標准不統一的情況。再次，標氣制作歷史悠久、方法成熟，標氣中氧含量准確、精度高，解決了標准物質權威效力的問題。另外，標定效率高，采用參考膜標定一般需要對同一薄膜或者同一批次薄膜檢測3次以上，再出具測試數據平均值，按照等壓法的標准測試步驟計算大概需要3天的時間，否則無法保證測試值的准確性，而這樣也僅僅是進行了參考膜的單點標定，進行標准氣體標定（包括標定驗證）一般僅需要10多小時，同時也有利於降低標定過程中環境因素帶來的影響，因此標定准確度大大提高。目前，標准氣體標定已經逐步應用在等壓法透氣性檢測設備上，在德國標准DIN 53380-3中已有類似應用。
3．總結
綜上所述，在等壓法透氣性測試中應采用參考膜標定和標准氣體標定兩種模式，這樣不但可以為等壓法的應用推廣掃清障礙，也可以顯著降低等壓法設備的使用成本。