標準測試方法
使用熒光衰法減法分析包裝的頂空氧氣
本標準以固定名稱F 2714發行。名稱后的數字表示最初采用的年份，如果是修訂版本，則表示上次修訂的年份。括號中的數字表示上次重新批準的年份。上標（il）表示自上次修訂或重新批準以來的編輯更改。
1. 范圍
1.1 該測試方法涵蓋了確定密閉包裝內頂部空間中氧氣濃度的程序，而不會打開或損害包裝的完整性。1.2 此測試方法要求在封閉之前將化學涂層過的組件放置在包裝的內表面上。
1.3 包裝必須是透明的，半透明的，或者必須在包裝表面上粘貼透明的窗口，而不會影響包裝的完整性。
1.4 由于該測試方法確定了氧氣隨時間的上升空間，因此只要知道容器的體積，就可以很容易地將氧氣滲透率計算為每單位時間的進入量。
1.5 以SI單位表示的值應視為標準值。本標準不包括其他計量單位。
1.6 本標準并不旨在解決與使用相關的所有安全問題。本標準的使用者有責任建立適當的安全和健康慣例，并在使用前確定法規限制的適用性。
2. 測試方法摘要
2.1 化學涂層的組件（點）固定在要測試的包裝的內表面。2.2 可以通過手動方式或通過對包裝進行填充操作，將包裝中的氣體沖洗至減少的氧氣水平。
此測試方法由ASTM F02軟包裝技術委員會負責，由F02.40小組委員會對包裝完整性測試方法直接負責。
當前版本于2008年8月1日批準。2008年8月發布。
2.3 脈沖光源被引導通過包裝上經過化學處理的點（包裝必須是透明，半透明的或包含光可以透過的窗口）。
2.4 監測來自點的熒光響應并確定衰減率。
2.5 通過將測得的衰減率與已知氧氣濃度下觀察到的衰減率進行比較，可以確定包裝中的內部氧氣含量。
3. 意義和用途
3.1 包裝頂部空間的氧氣含量是阻隔材料提供的包裝保護的重要決定因素。被測包裝通常是MAP（氣調包裝）包裝。3.2 氧氣含量是導致各種產品（例如化學品，食品和藥品）異味和變質的關鍵因素。
3.3 該方法確定封閉包裝頂部空間中的氧氣。此功能可用于：
3.3.1 包裝滲透性研究-頂空成分在已知時間內的變化可以計算滲透率。由于頂部空間的氧氣是以百分比測量的，因此必須知道容器頂部空間的體積，以允許轉換為氧氣（毫升）的量。使用這種方法測量滲透率通常僅適用于空包裝系統，因為氧氣的吸收或所含產品的放氣會影響結果。
3.3.2 泄漏檢測-如果頂部空間的氧氣含量超出預期或增加速度快于預期，則可以懷疑存在泄漏。可以采用多種技術來驗證是否存在泄漏并確定泄漏的位置。如有必要或感興趣，可以使用已知的頂空體積計算泄漏率，并測量隨時間變化的氧氣濃度。
3.3.3 MAP包裝過程的功效-如果包裝后不久發現頂部空間的氧氣濃度高于預期，則氣體沖洗過程可能無法達到預期效果。各種技術可以評估MAP系統是否正常運行。
3.3.4 儲藏研究-由于該方法是非破壞性的，因此可以隨時間對單個樣品進行頂空監測，以確保正確解釋儲藏研究的結果（例如貨架壽命測試）。
4.2 熒光猝滅的原理基于特定染料的激發態特性。動態猝滅是能量從處于激發態的熒光染料轉移到周圍介質中的氧氣。氧氣消耗的能量將在短時間后以熱量的形式消散，并且整個過程可以無限期地重復進行而無需消耗氧氣。
4.3 釕絡合物被LED發出的藍光激發。來自LED的藍光短脈沖被吸收
由釕配合物。在沒有氧氣的情況下，釕絡合物將在光譜的紅色區域發光。吸收藍色光子與釋放紅色光子之間的平均時間稱為熒光壽命。釕配合物的熒光壽命約為5 μs。但是，如果存在氧氣，熒光將被猝滅。當氧分子與被激發的釕分子碰撞時，會發生這種情況。在碰撞過程中，能量從釕轉移到氧氣，從而防止了排放。此過程稱為動態猝滅，它導致熒光壽命的減少與氧分壓成正比。熒光壽命將從無氧環境（例如氮氣）中的5 μs減少到環境空氣中的1 μs（請參見圖1).使用猝滅進行氧氣檢測的最重要方面是在測量過程中氧氣和傳感器都不會消耗。
5.2 測試時，必須測量包裝的溫度。
5.3 建議在包含已知氧氣濃度的包裝上進行以下化學處理點的校準，該包裝的氧氣濃度應接近實際測試中的水平。如果以與實際水平相差甚遠的水平進行校準，則結果顯示的精度可能會低于下面的精度和偏差聲明中預測的精度。
4. 討論區
4.1 基于熒光的氧感測已被很好地建立。使用的典型指示劑是釕配合物和卟啉，兩者均與發光二極管（LED）兼容。在一種對氧敏感的涂層中，使用了三（4,7聯苯1,10菲咯啉）氯化釕，因為它的穩定性，使用壽命長，并且在光譜的藍色區域具有400 nm至500 nm的強吸收性。吸收峰與高亮度藍色LED或藍色半導體激光器兼容。發射峰位于光譜的紅色區域中的600 nm處，并由光電倍增管或光電檢測器檢測到，以提供大動態范圍和快速響應時間的靈活性。釕配合物固定在高度耐化學腐蝕的底物中。4.2 熒光猝滅的原理基于特定染料的激發態特性。動態猝滅是能量從處于激發態的熒光染料轉移到周圍介質中的氧氣。氧氣消耗的能量將在短時間后以熱量的形式消散，并且整個過程可以無限期地重復進行而無需消耗氧氣。
4.3 釕絡合物被LED發出的藍光激發。來自LED的藍光短脈沖被吸收
由釕配合物。在沒有氧氣的情況下，釕絡合物將在光譜的紅色區域發光。吸收藍色光子與釋放紅色光子之間的平均時間稱為熒光壽命。釕配合物的熒光壽命約為5 μs。但是，如果存在氧氣，熒光將被猝滅。當氧分子與被激發的釕分子碰撞時，會發生這種情況。在碰撞過程中，能量從釕轉移到氧氣，從而防止了排放。此過程稱為動態猝滅，它導致熒光壽命的減少與氧分壓成正比。熒光壽命將從無氧環境（例如氮氣）中的5 μs減少到環境空氣中的1 μs（請參見圖1).使用猝滅進行氧氣檢測的最重要方面是在測量過程中氧氣和傳感器都不會消耗。
5. 干擾物
5.1 從理論上講，頂空中某些干擾物質的存在可能會導致讀數錯誤。尚未發現空包裝或裝滿包裝中的正常頂空是有問題的。該頂部空間中的相對濕度也顯示不會造成干擾。5.2 測試時，必須測量包裝的溫度。
5.3 建議在包含已知氧氣濃度的包裝上進行以下化學處理點的校準，該包裝的氧氣濃度應接近實際測試中的水平。如果以與實際水平相差甚遠的水平進行校準，則結果顯示的精度可能會低于下面的精度和偏差聲明中預測的精度。
6. 儀器
6.1 化學處理過的組件（也稱為“觸點”）—已發現玻璃或柔性透明塑料的涂層基材令人滿意。熒光染料聚合物沉積在基底的一側上。
6.2 粘合劑用于將觸點的未涂覆面附著到包裝的內部。已經證明硅橡膠粘合劑是令人滿意的。其他粘合劑和雙面膠帶也可以使用。只要粘合劑足夠透明，還沒有發現能干擾染料熒光的粘合劑。
6.3 光源在適當的波長下產生足夠的能量以激活熒光染料。脈沖光能以允許確定衰減率。
6.4 帶有相關電子設備的光檢測器，能夠確定熒光的衰減時間。
6.5 計算機系統，將測得的被測包裝與包含已知氧氣濃度的包裝的熒光衰減率進行比較，并將結果顯示為氧氣濃度。
8.2 化學涂層點的溫度會影響觀察到的衰減率。必須小心確保在進行測量時知道點溫度并將其控制在60.1°C。
10.2 測試樣品必須足夠透明，以允許接近涂層的觸點。或者，可以將窗口添加到包中以允許訪問，但是這種窗口的設計超出了此測試方法的范圍。
12.1.1 使用上述粘合劑將熒光點粘貼到剛性包裝，柔性包裝或校準夾具的內部。將包裝或固定裝置密封并用含有合格氧水平的氣體徹底沖洗，該合格氧水平應高于和低于要測試的包裝的預期水平。當包裝通過小開口沖洗時，將監視包裝中指示的氧氣含量。當液位在1分鐘內沒有變化并且包裝或固定裝置收到的頂空體積至少為沖洗氣體的20倍時，可以認為讀數是最終的，并且讀數會根據制造商的說明輸入到計算機中。
12.1.2 遵循儀器制造商的說明測試包含低于要測試的氧氣水平的校準氣體。通常，這將是氮氣，經認證不含氧氣。根據指示輸入值。
12.1.3 遵循儀器制造商的說明測試包含高于要測試的氧氣水平的校準氣體。通常情況下，這將是經認證的氧氣含量不高于被測包裝中預期氧氣含量的3倍的氮氣。也就是說，如果預期要測試的包裝中包含2％的氧氣，則可接受的校準氣體為6％。
12.1.4 使用儀器制造商提供的校準因子進行校準是令人滿意的，但必須注意確保點已在上述感興趣的氧氣濃度范圍內進行了校準。
12.2 測試-預先準備，密封和沖洗過的未知氧氣濃度的包裝通過如上所述校準的測試系統進行測量。
12.2.1 根據制造商的說明，已將未知氧氣濃度的包裝內已固定的點暴露于已校準的熒光系統中。
12.2.2 儀器指示的值將被記錄。指示的值可以用氧氣百分比，分壓氧氣或ppm氧氣表示。
12.2.3 點的環境可以是包裝的氣體頂部空間，也可以是液體中的頂部空間，具體取決于測試設計和所需信息。
13.2 紅色熒光信號的上升和下降具有一定的延遲，具體取決于氧氣分壓（pO2）。該效果如下圖所示。典型的熒光壽命t在環境空氣中為1 μs（海平面處pO2= 212 mbar）和零氧氣中為5 μs之間。
13.3 從該信號可以得出熒光壽命。單指數熒光衰減可以通過以下方式描述：
6.2 粘合劑用于將觸點的未涂覆面附著到包裝的內部。已經證明硅橡膠粘合劑是令人滿意的。其他粘合劑和雙面膠帶也可以使用。只要粘合劑足夠透明，還沒有發現能干擾染料熒光的粘合劑。
6.3 光源在適當的波長下產生足夠的能量以激活熒光染料。脈沖光能以允許確定衰減率。
6.4 帶有相關電子設備的光檢測器，能夠確定熒光的衰減時間。
6.5 計算機系統，將測得的被測包裝與包含已知氧氣濃度的包裝的熒光衰減率進行比較，并將結果顯示為氧氣濃度。
7. 試劑與材料
7.1 使用的涂料描述在第4部分，可以使用其他配合物，但必須證明其測量氧氣的能力。8. 注意事項
8.1 溫度和相對濕度是影響氧氣滲透率測量的關鍵參數。如果要使用這種頂空技術來計算包裝的氧氣透過率，那么仔細的溫度和相對濕度控制可以幫助最小化由于環境波動而引起的變化。試驗期間的平均條件和條件范圍均應報告。8.2 化學涂層點的溫度會影響觀察到的衰減率。必須小心確保在進行測量時知道點溫度并將其控制在60.1°C。
9. 采樣
9.1 關于要測試的樣品數量的聲明不在此測試方法的范圍之內。10. 測試標本
10.1 試樣可以采用多種形式，并包括任何密封的包裝，其中包含含有氣體或液體的頂部空間。10.2 測試樣品必須足夠透明，以允許接近涂層的觸點。或者，可以將窗口添加到包中以允許訪問，但是這種窗口的設計超出了此測試方法的范圍。
11. 調理
11.1 通常不需要調節，除非需要保持樣品溫度控制，如本測試方法其他地方所述。12. 程序
12.1 校準-在測試之前，熒光點和完整的測量系統應進行校準。12.1.1 使用上述粘合劑將熒光點粘貼到剛性包裝，柔性包裝或校準夾具的內部。將包裝或固定裝置密封并用含有合格氧水平的氣體徹底沖洗，該合格氧水平應高于和低于要測試的包裝的預期水平。當包裝通過小開口沖洗時，將監視包裝中指示的氧氣含量。當液位在1分鐘內沒有變化并且包裝或固定裝置收到的頂空體積至少為沖洗氣體的20倍時，可以認為讀數是最終的，并且讀數會根據制造商的說明輸入到計算機中。
12.1.2 遵循儀器制造商的說明測試包含低于要測試的氧氣水平的校準氣體。通常，這將是氮氣，經認證不含氧氣。根據指示輸入值。
12.1.3 遵循儀器制造商的說明測試包含高于要測試的氧氣水平的校準氣體。通常情況下，這將是經認證的氧氣含量不高于被測包裝中預期氧氣含量的3倍的氮氣。也就是說，如果預期要測試的包裝中包含2％的氧氣，則可接受的校準氣體為6％。
12.1.4 使用儀器制造商提供的校準因子進行校準是令人滿意的，但必須注意確保點已在上述感興趣的氧氣濃度范圍內進行了校準。
12.2 測試-預先準備，密封和沖洗過的未知氧氣濃度的包裝通過如上所述校準的測試系統進行測量。
12.2.1 根據制造商的說明，已將未知氧氣濃度的包裝內已固定的點暴露于已校準的熒光系統中。
12.2.2 儀器指示的值將被記錄。指示的值可以用氧氣百分比，分壓氧氣或ppm氧氣表示。
12.2.3 點的環境可以是包裝的氣體頂部空間，也可以是液體中的頂部空間，具體取決于測試設計和所需信息。
13. 計算方式
13.1 計算機系統將使用Stern-Volmer方程為用戶進行校準，以將衰減時間轉換為氧氣的分壓。這些方程式使用系統先前確定的對以上采用的校準氣體的響應。13.2 紅色熒光信號的上升和下降具有一定的延遲，具體取決于氧氣分壓（pO2）。該效果如下圖所示。典型的熒光壽命t在環境空氣中為1 μs（海平面處pO2= 212 mbar）和零氧氣中為5 μs之間。
13.3 從該信號可以得出熒光壽命。單指數熒光衰減可以通過以下方式描述：
I =特定時間的熒光強度，
I0 =衰減開始時的熒光強度（在這種情況下，t = 1 μs），
t =時間（以微秒為單位），并且
=熒光壽命或時間常數（TC）。
13.4 該軟件根據釕在涂層點中生成的熒光信號的單指數最小二乘擬合計算時間常數t，并從該時間常數中計算出氧氣濃度。氧分壓與測得的熒光壽命（時間常數）之間的關系由SternVolmer公式給出：
t =當前氧氣濃度下的時間常數，
t0=在沒有氧氣的情況下的時間常數，
Ksv = Stern-Volmer常數
Po2 =氧氣分壓。
13.5 此線性Stern-Volmer方程由公式3轉換為軟件：
A = Stern-Volmer線的斜率，以及
B = Stern-Volmer行的截距。
13.6 校準過程確定了氧氣濃度低和高時斯特恩-沃爾默線的斜率和截距（dA和dB）
14.2 進行測試的環境。
14.3 報告使用的點的批號和校準因子。
t =時間（以微秒為單位），并且
=熒光壽命或時間常數（TC）。13.4 該軟件根據釕在涂層點中生成的熒光信號的單指數最小二乘擬合計算時間常數t，并從該時間常數中計算出氧氣濃度。氧分壓與測得的熒光壽命（時間常數）之間的關系由SternVolmer公式給出：
t =當前氧氣濃度下的時間常數，
t0=在沒有氧氣的情況下的時間常數，
Ksv = Stern-Volmer常數
Po2 =氧氣分壓。
13.5 此線性Stern-Volmer方程由公式3轉換為軟件：
A = Stern-Volmer線的斜率，以及
B = Stern-Volmer行的截距。
13.6 校準過程確定了氧氣濃度低和高時斯特恩-沃爾默線的斜率和截距（dA和dB）
14. 報告
14.1 報告每個測試樣品的氧氣濃度（以百分比，分壓或百萬分率表示）。14.2 進行測試的環境。
14.3 報告使用的點的批號和校準因子。
15. 精度和偏差
15.1 有6個實驗室參與了實驗室間研究。在三個氧氣濃度水平（分別為0.04、1.02和5.05％的氧氣）下分別制備了七個樣品。每個實驗室對每個樣品進行了3次測試。計算每個樣品的重復性和再現性。每個級別的結果都足夠相似，可以按級別匯總重復性和再現性標準偏差。表格1 總結結果。研究報告中提供了更完整的結果和分析。