食品塑料包裝容器中頂空氣體含量的測定傳感器法-編制說明

1、包裝容器頂空氣體含量的測定方法國家標(biāo)準(zhǔn)編制說明（送審稿）一、工作簡況（一）任務(wù)來源國家標(biāo)準(zhǔn)包裝容器頂空氣體含量的測定方法是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會2012年第二批國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃進(jìn)行制定，由全國塑料制品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會會歸口，由北京市海淀區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所、濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司負(fù)責(zé)起草，計(jì)劃編號為20121868-T-607 。（二）任務(wù)背景與意義實(shí)際產(chǎn)品包裝內(nèi)部總是存在一定量的氣體的，例如膨化食品、罐頭、輸液瓶輸液袋、化妝品等日用品內(nèi)， 在包裝與商品之間總是存在或多或少的空間， 而且無論采用哪種包裝形式，即使是用真空技術(shù)抽出包裝內(nèi)的氣體， 實(shí)際上也只能盡量降低包裝內(nèi)的氣體含量而并不能完全排

2、除包裝內(nèi)的氣體。然而，包裝內(nèi)部的氣體成分自包裝完成后到包裝再次被開啟（產(chǎn)品消費(fèi)時(shí)）之前都難以利用其他技術(shù)手段來進(jìn)行控制和改變， 采用阻隔性包裝材料只能給氣體滲入、滲出包裝材料帶來阻礙， 并不能消除包裝內(nèi)部已有的氣體， 而即使在包裝中添加除氣技術(shù)其效果也很難評價(jià)。 如果包裝內(nèi)部含有氧氣或者其他產(chǎn)品敏感氣體則依舊會給產(chǎn)品的品質(zhì)帶來影響， 并逐步改變包裝內(nèi)部的氣體構(gòu)成， 使產(chǎn)品變質(zhì)、失效或產(chǎn)生危險(xiǎn)。因此要準(zhǔn)確分析產(chǎn)品品質(zhì)、預(yù)計(jì)有效保質(zhì)期、合理進(jìn)行包裝設(shè)計(jì)，我們都需要掌握包裝內(nèi)部的氣體成分。（三）主要工作過程1成立標(biāo)準(zhǔn)起草小組由北京市海淀區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所與濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司相關(guān)技術(shù)人員共同組

3、建了標(biāo)準(zhǔn)起草小組， 確定本標(biāo)準(zhǔn)的主要起草人為王朝暉、 陳欣、姜允中、于佳佳、張鵬嬌、湯加敏。起草小組于 2013 年 1 月 30 日在北京市海淀區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所召開了起草組成立會議，初步形成了起草小組工作計(jì)劃。2形成標(biāo)準(zhǔn)草案本標(biāo)準(zhǔn)的主要起草人：王朝暉、陳欣、姜允中、于佳佳、張鵬嬌、湯加敏等，在充分研究氣體分析傳感器測試原理，測試流程和步驟， 數(shù)據(jù)重復(fù)性和再現(xiàn)性的分析等因素的基礎(chǔ)上，利用相關(guān)品牌的頂空氣體分析儀，依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)完成了大量驗(yàn)證性試驗(yàn)并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析， 確定按照本標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)容能夠?qū)崿F(xiàn)對食品塑料包裝容器中氧氣、 二氧化碳的定量測試。本標(biāo)準(zhǔn)于 2013 年確定了基本結(jié)構(gòu)，并

4、起草了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)草案， 2013 年 12 月確定了本標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿，2014 年 4 月上報(bào)全國塑料制品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會。3形成送審討論稿在征求意見的基礎(chǔ)上，按照征求的有關(guān)意見，形成了標(biāo)準(zhǔn)送審討論稿。二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則及主要內(nèi)容（一）編制原則1本標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)氣體分析傳感器原理起草，為國際上首項(xiàng)利用氣體傳感器測試食品包裝容器中頂空氣體含量的標(biāo)準(zhǔn)，沒有與相關(guān)法規(guī)、政策沖突的地方。2本標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按照GB/T 1.1-2009 標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則系列標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求進(jìn)行編寫。（二）主要內(nèi)容1適用范圍本標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)原理是利用氣體傳感器將樣氣中的某種氣體轉(zhuǎn)化為可供測試的信號值，試驗(yàn)儀器中配置的是特定氣體傳感器，僅能對特

5、定的氣體進(jìn)行定量測試，而不能對包裝中的未知?dú)怏w進(jìn)行定性分析，因此，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了包裝容器頂空聚集氣體的含量測定方法。本標(biāo)準(zhǔn)僅限于對已知包裝內(nèi)部氣體成分或者對包裝容器頂空特定氣體的檢測，適用于檢測包裝容器內(nèi)部的氧氣、二氧化碳等氣體的含量，但不適用于易燃易爆或有毒氣體的檢測。2試驗(yàn)參數(shù)由于本項(xiàng)檢測的新穎性及測試儀器的多樣性，測試方法試驗(yàn)參數(shù)的確定需要廣泛的數(shù)據(jù)積累、分析為前提，因此本標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于提供一種檢測方法，沒有對非關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)、試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)使用者可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。3試驗(yàn)方法將取樣器插入待測包裝容器內(nèi)部，從包裝容器內(nèi)頂空部位采集足夠體積的樣氣。將樣氣注入氣體分析傳感器中

6、，間隔一定的測試時(shí)間或者待氣體分析傳感器輸出的氣體濃度值穩(wěn)定之后記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。每種氣體含量的檢測都需要使用不同的氣體分析傳感器，當(dāng)檢測樣氣中的氧氣含量時(shí)，需要將樣氣注入氧氣分析傳感器，而當(dāng)檢測樣氣中的二氧化碳含量時(shí)，需要將樣氣注入二氧化碳分析傳感器。另外，已知內(nèi)部充入高純氮?dú)獾陌b容器，包裝容器內(nèi)氮?dú)夂靠赏ㄟ^氣體總含量分別減去氧氣含量、二氧化碳含量及其他已知?dú)怏w含量獲得。三、主要驗(yàn)證情況為了驗(yàn)證本標(biāo)準(zhǔn)的可操作性、重復(fù)性， 本標(biāo)準(zhǔn)的主要起草人利用HGA-03 頂空氣體分析儀對巧克力、方便面、蛋黃派、膨化食品等多種實(shí)物包裝樣品進(jìn)行分析。各種樣品的驗(yàn)證情況如下：1試驗(yàn)參數(shù)的確定依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)， 對測試

7、結(jié)果的穩(wěn)定性、可靠性有影響的主要因素有樣氣抽取量、經(jīng)過傳感器的樣氣量等。 當(dāng)樣氣抽取速度及樣氣在儀器內(nèi)的流速一定時(shí)，樣氣抽取量、 經(jīng)過傳感器的樣氣量則分別與樣氣抽取時(shí)間、 樣氣分析時(shí)間有關(guān)。因此，在進(jìn)行驗(yàn)證之前， 需要確定最佳的樣氣抽取時(shí)間與樣氣分析時(shí)間，以防止其對測試結(jié)果產(chǎn)生影響。1.1 樣氣抽取時(shí)間固定樣氣分析時(shí)間為12s，在 4s12s 的時(shí)間范圍內(nèi)改變樣氣抽取時(shí)間，通過測試巧克力餅干普通空氣包裝中的氣體含量，以確定最佳的樣氣抽取時(shí)間。試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。表 1 巧克力餅干普通空氣包裝中氣體含量分析樣氣抽取時(shí)間 (s)456789101112氧氣含量 (%)17.1618.5720.1

8、320.6821.0621.0921.0921.0920.99二氧化碳含量 (%)000000000表 1 中的數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)樣氣抽取時(shí)間為 8s12s 時(shí)，氧氣含量測試結(jié)果穩(wěn)定。因此，可確定抽樣時(shí)間為 12s，以確保抽取足夠的樣氣。1.2 樣氣分析時(shí)間固定樣氣抽取時(shí)間為12s，在8s18s 的時(shí)間范圍內(nèi)改變樣氣分析時(shí)間，測試巧克力餅干普通空氣包裝中的氣體含量，以確定最佳的樣氣分析時(shí)間。試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。表2巧克力餅干普通空氣包裝中氣體含量分析樣氣抽取時(shí)間 (s)89101112131415161718氧氣含量 (%)2020.3420.4620.5320.4920.5820.5620.59

9、20.7720.6920.77二氧化碳含量 (%)00000000000表 2 中的數(shù)據(jù)顯示， 樣氣分析時(shí)間超過 10s 后，氧氣含量測試結(jié)果穩(wěn)定。從確保測試結(jié)果穩(wěn)定及減少試驗(yàn)時(shí)間的角度考慮，可確定樣氣分析時(shí)間為12s。2驗(yàn)證結(jié)果設(shè)定樣氣抽取時(shí)間、樣氣分析時(shí)間均為12s 后，分別測試了17 種食品包裝容器樣品中的氣體成分含量，每種樣品平行測試5 個試樣，部分樣品的測試結(jié)果如表3 所示。表3部分樣品包裝中氣體成分含量樣品名稱氧氣含量氧氣含量最大誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差二氧化碳包裝形式(%)平均值 (%)(%)RSD(%)含量 (%)20.42020.770紙塑復(fù)合桶方便面20.4920.570.9530.1

10、430普通空氣包20.520裝20.67014.47014.950鍍鋁膜包裝蛋黃派14.7114.731.7780.1770袋14.820氣調(diào)包裝14.7100.8500.970鍍鋁膜包裝膨化食品0.820.889.7280.0570袋0.900充氮包裝0.8803驗(yàn)證結(jié)論表 3 中的數(shù)據(jù)表明， 本測試方法的結(jié)果數(shù)據(jù)重復(fù)性好， 對各種形式包裝 (普通空氣包裝、氣調(diào)包裝、充氮包裝 ) 的測試數(shù)據(jù)可靠，穩(wěn)定性好，可操作性強(qiáng)，可用于食品塑料包裝容器中頂空氣體含量的測試。四、涉及專利本標(biāo)準(zhǔn)目前不涉及到專利權(quán)的問題。五、技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證及預(yù)期經(jīng)濟(jì)效果頂空氣體分析測試是測量包裝內(nèi)部氣體成分的唯一方法， 可以檢

11、測包裝內(nèi)側(cè)頂部聚集的氣體成分。如今它已經(jīng)成為檢驗(yàn)包裝設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要手段以及驗(yàn)證產(chǎn)品保質(zhì)期的重要方法之一。當(dāng)前該檢測項(xiàng)目適用于密封包裝袋、 瓶、罐等中空包裝容器的氧氣、 二氧化碳?xì)怏w含量、混合比例的測定；適合在生產(chǎn)線、倉庫、 實(shí)驗(yàn)室等場合快速、 準(zhǔn)確地對氣體組分含量與比例做出評價(jià)。 應(yīng)用范圍包括即食食品包裝、 奶粉包裝、 面包、肉類包裝、 醫(yī)藥包裝及相關(guān)產(chǎn)品、氣調(diào)包裝、活性包裝、防腐包裝、奶酪、咖啡、果汁及碳酸飲料、農(nóng)副產(chǎn)品包裝等。目前， 該項(xiàng)檢測技術(shù)在國內(nèi)外都沒有測試方法標(biāo)準(zhǔn)，但是測試原理、測試結(jié)構(gòu)、測試指標(biāo)等具體內(nèi)容已經(jīng)初步形成，只是沒有統(tǒng)一規(guī)范起來。國際上各儀器制造商都按照自身的客戶群需求

12、進(jìn)行設(shè)備開發(fā)，由于缺少標(biāo)準(zhǔn)支持，通用性及數(shù)據(jù)可比性不高。因此，行業(yè)內(nèi)迫切需要相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定和發(fā)布，而且只有在檢測標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范之后，其方法及量化指標(biāo)才能在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中發(fā)揮功效。實(shí)際上， 盡管如今仍然欠缺測試標(biāo)準(zhǔn)的支持，但是頂空氣體分析儀或者殘氧分析儀已經(jīng)具有了較廣闊的應(yīng)用，而且為了更好地檢測產(chǎn)品的實(shí)際質(zhì)量，其應(yīng)用已經(jīng)覆蓋到產(chǎn)品的任意一個流通環(huán)節(jié)中，包括剛完成包裝、儲存過程中、 運(yùn)輸過程中、銷售過程中以及保質(zhì)期屆滿等，實(shí)際的測試結(jié)果也會作為判斷貨品質(zhì)量的有力依據(jù)。該項(xiàng)檢測的市場需求非常大，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定將有助于引導(dǎo)當(dāng)前的測試技術(shù)進(jìn)一步成熟、規(guī)范。六、采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂情況本標(biāo)準(zhǔn)是首項(xiàng)關(guān)于

13、氣體傳感器法測試食品包裝容器中頂空氣體含量的測試標(biāo)準(zhǔn)，以采用的國際標(biāo)準(zhǔn)或國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。七、與有關(guān)的現(xiàn)行法律、法規(guī)和相關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系沒有可根據(jù)制訂標(biāo)準(zhǔn)的需要，我們調(diào)研了國內(nèi)外食品包裝容器內(nèi)頂空氣體含量測試的情況，對國內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)室檢測方法進(jìn)行了資料收集，并對氣體傳感器測試氣體含量的原理進(jìn)行了深入的研究， 同時(shí)將這種測試方法向瓶裝、罐裝等非塑料材質(zhì)包裝、非食品行業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行擴(kuò)展研究。目前國內(nèi)外沒有相關(guān)的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)的制定沒有成熟的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)可供參考，屬于一項(xiàng)全新測試方法標(biāo)準(zhǔn)。雖然這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)是全新的， 但關(guān)于包裝內(nèi)頂空氣體含量分析的檢測儀器種類繁多，因此在術(shù)語的定義上盡量與現(xiàn)有儀器保持一致，且并沒有對試驗(yàn)參