[发明专利]在封闭单元中具有分析物消耗传感器的库仑分析物感测仪器

说明书

背景技术

渗透仪器用来测量目标分析物(比如氧气、二氧化碳或水蒸汽)穿过相关薄膜的传输速率。经受渗透测试的典型薄膜是聚合体包装薄膜，比如那些由低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、定向聚丙烯(OPP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏二氯乙烯(PVTDC)等构成的薄膜。通常，要测试的薄膜定位于测试腔内以将腔密封地分为第一单元和第二单元。第一单元(一般称为感测单元)用惰性气体冲洗以从该单元移除任何目标分析物并且第二单元(一般称为分析物单元)填充有包含已知浓度目标分析物的气体。用于目标分析物的传感器检测已经从第二单元穿过薄膜迁移入第一单元的目标分析物的存在。 

渗透仪器通常使用流过方法或累积方法来感测第一单元中目标分析物的存在。简言之，流过方法使用惰性冲洗气体来连续地获得已经迁移入第一单元的任何目标分析物并且将其传送至远程传感器。累积方法允许目标分析物在一个累积时期内聚集在第一单元中，并且传感器定位在第一单元内或在累积时期之后用冲洗气体冲洗第一单元以将累积的目标分析物传送至远程传感器。 

流过方法实际上允许使用所有类型的传感器，但是它们是昂贵并且复杂的系统。累积方法虽然允许使用敏感度不高且便宜的传感器来准确地测量目标分析物穿过薄膜的渗透，甚至在非常低的传输速率下，但是却需要明显更长的测试时间。 

库仑传感器是服从法拉第定律的传感器，并且通常优选地用于渗透仪器中，因为它们提供多个优点，包括(i)高度准确性，(ii)消除任何校准需要，(iii)对于分析物的超高敏感性，(iv)对于单个分析物较高的特殊性，(v)温度敏感性不高，(vi)压力敏感性不高，(vii) 对于流动的最小化敏感性，以及(viii)低成本。 

大部分库仑传感器是电化学的。可惜的是，电化学传感器易于遭受电解质迅速损耗到周围环境，导致敏感性迅速下降并且缩短使用寿命。解决这个问题的传统方法是通过用选择性膜覆盖传感器来限制通向电解质的环境通路，所述选择性膜允许目标分析物基本上不受限制地通过同时限制了水分子的通过，或允许仅通过有限数量毛细管柱通向电解质。尽管有效地降低电解质的损耗并且从而增加传感器的使用寿命，这种覆盖传感器的敏感性降低100至1000倍并且伴随着上述所有库仑传感器益处的损失，只有低成本例外。 

这种覆盖的电化学传感器没有宽泛地与使用流过方法的渗透仪器一起使用，因为它们不具有必要的敏感性，并且没有宽泛地与使用累积方法的渗透仪器一起使用，因为它们在测试过程期间消耗一些目标分析物，在不良的努力中需要复杂的纠正计算以“纠正”感测的数据。 

能设计并且构造一种不遭受快速消耗电解质或敏感性的库仑传感器，参见美国专利No.4,973,395和No.5,053,116，但是这些传感器用于低成本渗透测试仪器中是非常昂贵的。 

因此，非常需要一种渗透仪器，其具有通过在不受电化学传感器所固有的有限使用寿命影响的情况下使用库仑传感器可获得的益处。 

发明内容

本发明涉及一种用于测量分析物穿过薄膜的传输速率的方法。该方法包括步骤：(i)用已知面积的薄膜将腔分为第一单元和第二单元，(ii)用惰性气体冲洗第一单元以从第一单元移除任何目标分析物，(iii)将包含已知浓度分析物的气体引导入第二单元，(iv)使第一单元与穿过第一单元的气体流密封隔开，以及(v)采用消耗分析物的速率比分析物穿过薄膜的速率更大的传感器来感测第一单元内的任何分析物，直到传感器测量到分析物消耗的稳态速率。 

只要传感器消耗分析物的速率大于分析物穿过薄膜的传输速率，传感器就能基本上测量所有穿过薄膜进入第一单元的分析物。一旦达 到平衡，由传感器测量的分析物传输速率将保持基本上恒定，同时遵守法拉第定律的这个稳态电流等于薄膜的分析物传输速率。由于分析物穿过大多数相关薄膜的传输速率倾向于低于分析物由典型的覆盖电化学传感器所消耗的速率，所述仪器可采用标准的、低成本的、多孔的或无孔的膜覆盖的电化学分析物传感器，同时能获得库仑传感器的功能和益处。 

附图说明

图1是用于执行本发明的测试过程的测试系统的一个实施例的示意性概述图。 

图2是图1中所示测试系统的测量单元部件的侧视图。 

图3是图2中所示测试系统的测量单元部件的顶视图。 

图4A是图3中所示测量单元沿着线4-4截取的截面侧视图，其中上部固定板处于远离壳体上部以一定距离隔开的打开位置中。