[發明專利]在封閉單元中具有分析物消耗傳感器的庫侖分析物感測儀器

有效

• 申請號: 200910136823.6
• 申請日: 2009-04-21
• 公開（公告）號: CN101598696A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: D·W·邁耶;S·D·圖奧梅拉
• 申請（專利權）人: 膜康公司
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N27/42
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 田元媛

背景技術

滲透儀器用來測量目標分析物(比如氧氣、二氧化碳或水蒸汽)穿過相關薄膜的傳輸速率。經受滲透測試的典型薄膜是聚合體包裝薄膜，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)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏二氯乙烯(PVTDC)等構成的薄膜。通常，要測試的薄膜定位于測試腔內以將腔密封地分為第一單元和第二單元。第一單元(一般稱為感測單元)用惰性氣體沖洗以從該單元移除任何目標分析物并且第二單元(一般稱為分析物單元)填充有包含已知濃度目標分析物的氣體。用于目標分析物的傳感器檢測已經從第二單元穿過薄膜遷移入第一單元的目標分析物的存在。?

滲透儀器通常使用流過方法或累積方法來感測第一單元中目標分析物的存在。簡言之，流過方法使用惰性沖洗氣體來連續地獲得已經遷移入第一單元的任何目標分析物并且將其傳送至遠程傳感器。累積方法允許目標分析物在一個累積時期內聚集在第一單元中，并且傳感器定位在第一單元內或在累積時期之后用沖洗氣體沖洗第一單元以將累積的目標分析物傳送至遠程傳感器。?

流過方法實際上允許使用所有類型的傳感器，但是它們是昂貴并且復雜的系統。累積方法雖然允許使用敏感度不高且便宜的傳感器來準確地測量目標分析物穿過薄膜的滲透，甚至在非常低的傳輸速率下，但是卻需要明顯更長的測試時間。?

庫侖傳感器是服從法拉第定律的傳感器，并且通常優選地用于滲透儀器中，因為它們提供多個優點，包括(i)高度準確性，(ii)消除任何校準需要，(iii)對于分析物的超高敏感性，(iv)對于單個分析物較高的特殊性，(v)溫度敏感性不高，(vi)壓力敏感性不高，(vii)?對于流動的最小化敏感性，以及(viii)低成本。?

大部分庫侖傳感器是電化學的。可惜的是，電化學傳感器易于遭受電解質迅速損耗到周圍環境，導致敏感性迅速下降并且縮短使用壽命。解決這個問題的傳統方法是通過用選擇性膜覆蓋傳感器來限制通向電解質的環境通路，所述選擇性膜允許目標分析物基本上不受限制地通過同時限制了水分子的通過，或允許僅通過有限數量毛細管柱通向電解質。盡管有效地降低電解質的損耗并且從而增加傳感器的使用壽命，這種覆蓋傳感器的敏感性降低100至1000倍并且伴隨著上述所有庫侖傳感器益處的損失，只有低成本例外。?

這種覆蓋的電化學傳感器沒有寬泛地與使用流過方法的滲透儀器一起使用，因為它們不具有必要的敏感性，并且沒有寬泛地與使用累積方法的滲透儀器一起使用，因為它們在測試過程期間消耗一些目標分析物，在不良的努力中需要復雜的糾正計算以“糾正”感測的數據。?

能設計并且構造一種不遭受快速消耗電解質或敏感性的庫侖傳感器，參見美國專利No.4,973,395和No.5,053,116，但是這些傳感器用于低成本滲透測試儀器中是非常昂貴的。?

因此，非常需要一種滲透儀器，其具有通過在不受電化學傳感器所固有的有限使用壽命影響的情況下使用庫侖傳感器可獲得的益處。?

發明內容

本發明涉及一種用于測量分析物穿過薄膜的傳輸速率的方法。該方法包括步驟：(i)用已知面積的薄膜將腔分為第一單元和第二單元，(ii)用惰性氣體沖洗第一單元以從第一單元移除任何目標分析物，(iii)將包含已知濃度分析物的氣體引導入第二單元，(iv)使第一單元與穿過第一單元的氣體流密封隔開，以及(v)采用消耗分析物的速率比分析物穿過薄膜的速率更大的傳感器來感測第一單元內的任何分析物，直到傳感器測量到分析物消耗的穩態速率。?

只要傳感器消耗分析物的速率大于分析物穿過薄膜的傳輸速率，傳感器就能基本上測量所有穿過薄膜進入第一單元的分析物。一旦達?到平衡，由傳感器測量的分析物傳輸速率將保持基本上恒定，同時遵守法拉第定律的這個穩態電流等于薄膜的分析物傳輸速率。由于分析物穿過大多數相關薄膜的傳輸速率傾向于低于分析物由典型的覆蓋電化學傳感器所消耗的速率，所述儀器可采用標準的、低成本的、多孔的或無孔的膜覆蓋的電化學分析物傳感器，同時能獲得庫侖傳感器的功能和益處。?

附圖說明

圖1是用于執行本發明的測試過程的測試系統的一個實施例的示意性概述圖。?

圖2是圖1中所示測試系統的測量單元部件的側視圖。?

圖3是圖2中所示測試系統的測量單元部件的頂視圖。?

圖4A是圖3中所示測量單元沿著線4-4截取的截面側視圖，其中上部固定板處于遠離殼體上部以一定距離隔開的打開位置中。?