معدل اختراق الأكسجين (OTR) هو: الكمية اليومية من الأكسجين التي يسمح بتدفقها عبر كل متر مربع من مادة التغليف، تحت ظروف درجة الحرارة والرطوبة المحددة. الوحدة المستخدمة عادة هي cm³/(m²·24h). كلما كانت القيمة أقل، كانت قدرة المادة على عرقلة تدفق الأكسجين أكبر.
التشبيه: يمكننا تخيل الغلاف البلاستيكي كجدار، حيث هو الأكسجين الذي يحاول باستمرار الاختراق إلى الداخل؛ أما OTR فهو الكمية الإجمالية من الأكسجين التي يتمكن من الاختراق يوميًا. كلما كان الجدار أكثر كثافة (أي أن المواد المستخدمة في صنع الغلاف كانت أكثر فعالية في منع الاختراق)، قلت كمية الأكسجين التي يمكن أن تخترق الجدار، وبالتالي، سيتم تحويل المواد الموجودة داخل الجدار إلى حالة “سيئة” بشكل أبطأ.
التعريفات المذكورة في المعيار
يعرّف المعيار ASTM D3985-17 (Standard Test Method for Oxygen Gas Transmission Rate Through Plastic Film and Sheeting Using a Coulometric Sensor) في البند 3.1.3 معدل نفاذ الأكسجين (OTR) بأنه «كمية غاز الأكسجين المارّة خلال وحدة الزمن عبر وحدة المساحة من السطحين المتوازيين لفيلم بلاستيكي في ظروف الاختبار» — وحدة النظام الدولي mol/(m²·s)، والوحدة الشائعة cm³/(m²·24h) عند فرق ضغط جوي واحد. أما معيار الطريقة الدولي المقابل فهو ISO 15105-2 (الطريقة متساوية الضغط).
الوحدات والمستويات النموذجية
يمكن أن تكون نسبة OTR للمواد ذات الحماية العالية (ألمنيوم مغلف، أفيدو إتش أو) أقل من 1 سم³/(م²·24ساعة)؛ أما الأفلام المصنوعة من النايلون ذات الحماية المتوسطة فتكون النسبة حوالي عدة عشرات؛ أما الأفلام المكونة من PE أو PP فإن النسبة قد تصل إلى آلاف السموات. الطعام الغني بالدهون، حليب الأطفال المخصص، والأدوية الحساسة للأكسجين غالبًا ما تتطلب عبوات ذات حماية عالية، وإلا فإن هناك مشاكل مثل تلف الدهون، فقدان العناصر الغذائية، وانخفاض فعالية الأدوية.
طريقة القياس: طريقة كولوم للكتلة الكهربائية
يتم تقسيم تجويف الاختبار إلى نصفين: الجانب الأول مزود بأكسجين سائل، بينما يُستخدم النيتروجين كغاز ناقل لنقل جزيئات الأكسجين التي تمر عبر هذا الجانب إلى أجهزة الاستشعار؛ حيث تحدث تفاعلات في أقطاب أجهزة الاستشعار بسبب الأكسجين، وتنتج هذه التفاعلات تيارًا كهربائيًا. حجم هذا التيار يتناسب طرديًا مع كمية الأكسجين الذي مر، وبالتالي يمكن حساب قيمة OTR بشكل مباشر. المعايير المتعلقة بهذا الأسلوب هي: ASTM D3985 (الولايات المتحدة) 19789 (الصين)، ISO 15105-2 (الدولية). هذا الأسلوب يتميز بالحساسية العالية، ويعتبر من الوسائل الرئيسية لفحص المواد ذات الحماية العالية.
العلاقة مع WVTR و GTR
الثلاثة تنتمي إلى عائلة خصائص العزل الخاصة بالتغليف: VWTR يقيس معدل مرور بخار الماء، GTR يستخدم طريقة الفروق في الضغط لقياس أنواع مختلفة من الغازات، أما OTR فهو مخصص لقياس نسبة الأكسجين. معظم معايير مواد التغليف الدوائية ومنتجات تغليف الأغذية تتطلب قياس اثنين أو أكثر من هذه الخصائص، لذلك يحتاج مختبرات التفتيش إلى استخدام أجهزة اختبار متوافقة مع هذه المعايير.
المراجع/المصادر
- ASTM D3985-17, Standard Test Method for Oxygen Gas Transmission Rate Through Plastic Film and Sheeting Using a Coulometric Sensor (معهد ASTM الدولي)؛
- ISO 15105-2، البلاستيك — الأغشية والصفائح — تحديد معدل نفاذ الغاز — الجزء 2: الطريقة متساوية الضغط (المنظمة الدولية للتوحيد القياسي).
- هذه هي المصادر المرجعية الرئيسية للتعريفات وطرق الاختبار الواردة في هذه المقالة.
