東莞市浩華儀器設(shè)備有限公司

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在包裝與材料科學(xué)領(lǐng)域，對(duì)包裝內(nèi)部氣體環(huán)境的精確監(jiān)控是評(píng)估產(chǎn)品保質(zhì)期與質(zhì)量穩(wěn)定性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。頂空氣體分析儀器正是為此而設(shè)計(jì)，它通過定量檢測(cè)密封包裝內(nèi)頂空部分的氧氣、二氧化碳等氣體成分，為判斷包裝密封完整性、產(chǎn)品保質(zhì)期以及材料阻隔性能提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，貫穿于從原材料篩選、包裝工藝優(yōu)化到成品質(zhì)量監(jiān)控的全過程。

1.頂空氣體分析儀器的基本原理與技術(shù)構(gòu)成

頂空氣體分析的核心，在于非破壞性或微損性地從包裝內(nèi)部提取少量氣體樣本并進(jìn)行精確分析。儀器通常配備一個(gè)細(xì)小的取樣針，在控制下穿刺包裝材料的特定部位（如包裝邊緣或?qū)Ｓ萌訁^(qū)域），抽取微量頂空氣體。隨后，氣體被導(dǎo)入傳感器模塊進(jìn)行分析。對(duì)于氧氣濃度的檢測(cè)，電化學(xué)傳感器和氧化鋯傳感器是兩種常見的技術(shù)路徑。電化學(xué)傳感器基于氣體在傳感電極上的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號(hào)，具備靈敏度高、成本相對(duì)經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。氧化鋯傳感器則在高溫下工作，利用氧化鋯電解質(zhì)兩側(cè)的氧濃度差產(chǎn)生電勢(shì)差，響應(yīng)速度快，壽命較長(zhǎng)。部分高端儀器還會(huì)集成紅外傳感器用于二氧化碳的檢測(cè)，或者采用氣相色譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種氣體的同步分離與定量。

儀器的構(gòu)成不僅限于傳感器，還包括精密的取樣系統(tǒng)、氣流控制單元、數(shù)據(jù)處理器和用戶界面。一個(gè)穩(wěn)定可靠的取樣系統(tǒng)能確保取樣的代表性和重復(fù)性，避免外界空氣的混入。數(shù)據(jù)處理單元?jiǎng)t將傳感器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為直觀的氣體濃度讀數(shù)，并可進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、趨勢(shì)分析，部分設(shè)備支持與實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)連接。

2.頂空氣體分析在多個(gè)行業(yè)質(zhì)量控制中的具體應(yīng)用

頂空氣體分析儀器的價(jià)值在于其數(shù)據(jù)的客觀性與準(zhǔn)確性，為多個(gè)行業(yè)的品質(zhì)控制提供了科學(xué)依據(jù)。

*2.1食品工業(yè)的應(yīng)用

在食品包裝中，頂空氣體的組成直接關(guān)聯(lián)食品的保鮮效果。例如，對(duì)于充氮包裝的薯片、油炸食品，通過監(jiān)測(cè)包裝內(nèi)的殘余氧氣濃度，可以有效評(píng)估包裝材料的氧氣阻隔性能是否達(dá)標(biāo)，以及充氮工藝的效果，從而預(yù)測(cè)產(chǎn)品抗油脂氧化、保持酥脆口感的期限。在烘焙食品、奶粉等對(duì)水分和氧氣敏感的產(chǎn)品中，頂空氣體分析是驗(yàn)證包裝阻隔性和密封性的常規(guī)手段。對(duì)于氣調(diào)包裝的肉類、沙拉，則需要同時(shí)監(jiān)控氧氣和二氧化碳的濃度比例，以確保營(yíng)造的保鮮氣體環(huán)境符合預(yù)設(shè)要求，抑制微生物生長(zhǎng)，延長(zhǎng)貨架期。

*2.2藥品與醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用

藥品的穩(wěn)定性和有效性與其包裝內(nèi)的環(huán)境息息相關(guān)。許多藥品需要避光、隔氧保存，以防止活性成分降解。頂空氣體分析可用于檢測(cè)藥品泡罩包裝、瓶裝或袋裝內(nèi)部的氧氣含量，確保其在整個(gè)有效期內(nèi)處于低氧環(huán)境，滿足藥典對(duì)包裝密封性和阻隔性的嚴(yán)格要求。在醫(yī)療器械領(lǐng)域，特別是那些需要無菌保存的器械，其包裝多元化能有效阻隔微生物和氣體。通過頂空氣體分析，可以驗(yàn)證無菌屏障系統(tǒng)的完整性，確認(rèn)包裝在經(jīng)歷運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)后仍能維持其保護(hù)功能。

*2.3電子產(chǎn)品與新能源領(lǐng)域的應(yīng)用

這一領(lǐng)域的應(yīng)用可能超出一般認(rèn)知。例如，在一些電子元器件的封裝中，內(nèi)部可能需要惰性氣體保護(hù)以防止氧化。頂空氣體分析可用于檢測(cè)此類密封封裝內(nèi)部的氣體成分。在鋰離子電池制造過程中，電池殼體的密封性和內(nèi)部環(huán)境的控制至關(guān)重要。通過頂空氣體分析技術(shù)，可以檢測(cè)電池封裝后是否存在泄漏，以及內(nèi)部特定氣體的濃度，這對(duì)于保障電池的安全性與循環(huán)壽命具有重要意義。

*2.4科研與材料開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用

在新材料研發(fā)過程中，尤其是在新型包裝材料的開發(fā)階段，頂空氣體分析是評(píng)價(jià)材料氣體阻隔性能不可或缺的工具。研究人員通過將材料制成特定形式的包裝袋，充入已知濃度的氣體，然后定期檢測(cè)內(nèi)部頂空氣體濃度的變化，從而精確計(jì)算出材料的氧氣透過率、二氧化碳透過率等關(guān)鍵參數(shù)。這種方法比單純的薄膜透氧性測(cè)試更能模擬實(shí)際包裝狀態(tài)，數(shù)據(jù)更具參考價(jià)值。

3.儀器性能考量與技術(shù)服務(wù)支持

選擇頂空氣體分析儀器時(shí)，需綜合考慮多項(xiàng)性能指標(biāo)。傳感器的精度、靈敏度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性是核心。儀器的檢測(cè)范圍需覆蓋應(yīng)用所需的氣體濃度區(qū)間。取樣量應(yīng)盡可能小，以減少對(duì)包裝內(nèi)原始環(huán)境的擾動(dòng)。操作的便捷性、數(shù)據(jù)分析軟件的易用性以及設(shè)備的耐用性也是重要因素。此外，校準(zhǔn)的便利性和周期同樣需要考慮。

在技術(shù)研發(fā)與服務(wù)方面，以山東泉科瑞達(dá)儀器設(shè)備有限公司(簡(jiǎn)稱泉科瑞達(dá)-qktester)為例，這家專注于實(shí)驗(yàn)室分析檢測(cè)儀器研發(fā)和制造的技術(shù)型企業(yè)，其業(yè)務(wù)范圍涵蓋了智能精密包裝檢測(cè)儀器的研發(fā)、制造與銷售。該公司面向質(zhì)檢、藥檢、科研院校、食品、藥品、包裝印刷、膠黏劑、醫(yī)療器械、新能源、日化與生活用紙等行業(yè)，提供包裝與材料科學(xué)相關(guān)的試驗(yàn)儀器和優(yōu)秀質(zhì)量控制解決方案。泉科瑞達(dá)形成了覆蓋包裝及相關(guān)材料多項(xiàng)性能測(cè)試的儀器體系，其中就包括了頂空氣體分析儀器，提供手持式、臺(tái)式等多種類型，并可適配多種氧傳感器以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

為了支撐其技術(shù)服務(wù)和研發(fā)能力，泉科瑞達(dá)建立了兩個(gè)包裝材料實(shí)驗(yàn)室，總面積達(dá)180平方米，配備了59臺(tái)包裝檢測(cè)儀器及超過100套工裝夾具。這使得他們能夠依據(jù)多種標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行多指標(biāo)的綜合測(cè)試和問題分析，為客戶在品控或科研需求中提供可靠的分析數(shù)據(jù)。此外，他們還依托實(shí)驗(yàn)室與技術(shù)團(tuán)隊(duì)，提供針對(duì)特殊試樣、疑難或危險(xiǎn)樣品（如涉及易燃易爆氣體、含能材料、粉體等）的個(gè)性化檢測(cè)服務(wù)。據(jù)了解，該公司曾為中國(guó)工程物理研究院、中國(guó)船舶集團(tuán)、航天領(lǐng)域單位、汽車新能源及軍用領(lǐng)域提供了多達(dá)30余項(xiàng)的專用檢測(cè)儀器定制開發(fā)服務(wù)。這類個(gè)性化訂制服務(wù)，不僅滿足了特定用戶的獨(dú)特需求，也反過來促進(jìn)了企業(yè)自身技術(shù)創(chuàng)新實(shí)力的提升，為探索與提高前沿檢測(cè)技術(shù)積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。泉科瑞達(dá)致力于向業(yè)內(nèi)輸出檢測(cè)技術(shù)優(yōu)秀、性價(jià)比優(yōu)越的檢測(cè)儀器，希望通過檢測(cè)技術(shù)的提升，助推行業(yè)品控安全事業(yè)的發(fā)展。

4.操作注意事項(xiàng)與未來趨勢(shì)

在使用頂空氣體分析儀器時(shí)，規(guī)范的操作是獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的前提。這包括儀器的定期校準(zhǔn)、取樣針的清潔維護(hù)以避免交叉污染，以及在取樣時(shí)確保穿刺位置的正確性和一致性。對(duì)于不同材質(zhì)、不同形狀的包裝，可能需要選用不同的取樣附件或調(diào)整取樣參數(shù)。

從技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看，頂空氣體分析儀器正朝著更高精度、更快響應(yīng)、更強(qiáng)智能化的方向發(fā)展。集成多種傳感器于一體、實(shí)現(xiàn)多氣體同步快速檢測(cè)是方向之一。無線connectivity和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸功能將便于數(shù)據(jù)的集中管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控。此外，與非破壞性檢測(cè)技術(shù)（如激光光譜技術(shù)）的進(jìn)一步結(jié)合，有望實(shí)現(xiàn)無需穿刺包裝即可進(jìn)行氣體分析，這將極大擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，特別是在在線值得信賴檢測(cè)場(chǎng)景中。

總結(jié)重點(diǎn)

1.頂空氣體分析儀器通過精確測(cè)定密封包裝內(nèi)頂空部分的氣體成分，是評(píng)估包裝密封性、材料阻隔性和產(chǎn)品保質(zhì)期的重要工具，其技術(shù)核心在于可靠的取樣與高精度傳感。

2.該技術(shù)廣泛應(yīng)用于食品、藥品、醫(yī)療器械、電子產(chǎn)品及新能源、材料科研等多個(gè)行業(yè)的質(zhì)量控制與研發(fā)環(huán)節(jié)，為產(chǎn)品保鮮、穩(wěn)定性保障和安全性能驗(yàn)證提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。