يقيس كل من ASTM F1249 وASTM E96/E96M نفاذية بخار الماء عبر مواد التغليف باستخدام مبدأين مختلفين. يستخدم ASTM F1249 مستشعرًا بالأشعة تحت الحمراء مُعدَّلًا لقياس بخار الماء الذي يمر عبر غشاء، بينما يستخدم ASTM E96/E96M طريقة الكأس الوزنية التي تتتبع تغير الكتلة بمرور الوقت. ويمكن لكليهما تحديد معدل انتقال بخار الماء (WVTR)، لكن تطابق الوحدات وحده لا يجعل النتائج قابلة للاستبدال.

بالنسبة إلى جهاز اختبار WVTR لتغليف الأغذية، يبدأ الاختيار بتحديد مستوى الحاجز المتوقع للمادة، والرطوبة ودرجة الحرارة اللتين يتطلبهما التطبيق، والطريقة المحددة للقبول. غالبًا ما يُؤخذ F1249 في الاعتبار للأغشية التي تتطلب قياسًا آليًا عالي الحساسية. ويوفر E96/E96M إجراءات وزنية قد تكون مفيدة لمجموعة متنوعة من المواد، شريطة أن يكون تغير الكتلة قابلًا للقياس في ظل الظروف المختارة. يجب تحديد الإصدار والإجراء المنطبقين قبل استخدام النتائج في المواصفات.

ما الذي تقيسه كل طريقة

في ASTM F1249، تفصل العينة بين جانب مُرطّب وجانب يمر فيه غاز حامل. وينتقل بخار الماء النافذ عبر الغشاء إلى كاشف بالأشعة تحت الحمراء، يقيس البخار الذي يصل إلى الجانب الجاف. ويُشتق المعدل المُبلّغ عنه من انتقال البخار المقاس عبر المساحة المعرّضة، في ظل ظروف مضبوطة. صُممت الطريقة للأغشية والصفائح البلاستيكية؛ كما تعتمد ملاءمتها لبنية معينة على معدل الانتقال المتوقع والنطاق المعتمد للجهاز.

يحدد ASTM E96/E96M انتقال بخار الماء من خلال التغير في كتلة مجموعة اختبار محكمة الإغلاق. وتغطي العينة فتحة الكأس، فتشكّل حاجزًا بين الجو داخل الكأس والجو الخارجي المضبوط. في إجراء المجفف، تنتقل الرطوبة عمومًا إلى داخل الكأس وتزداد كتلة المجموعة. أما في إجراء الماء، فتغادر الرطوبة الكأس عمومًا وتنخفض كتلة المجموعة. ويُحسب المعدل من ميل تغير الكتلة بمرور الوقت ومن المساحة المعرّضة.

يؤثر اتجاه انتقال البخار في البنى غير المتماثلة. فقد يواجه الغشاء المطلي أو متعدد الطبقات أسطحًا مختلفة للجانب الرطب أثناء الاستخدام، كما يمكن لتأثيرات السطح أو الطبقات الحساسة للرطوبة أن تؤثر في الاستجابة المقاسة. سجّل الوجه الملامس للرطوبة الأعلى في كلتا الطريقتين؛ فقلب العينة من دون تسجيل اتجاهها يجعل تفسير المقارنة أصعب.

ابدأ بمعدل الانتقال المتوقع

قد ينفذ من غشاء غذائي عالي الحاجزية مقدار ضئيل جدًا من بخار الماء، بحيث تزداد كتلة الكأس أو تنخفض ببطء شديد. وقد يؤدي قِصر فترة الوزن إلى ميل تهيمن عليه تقلبات الميزان أو تغيرات الإحكام أو الانحراف البيئي. ويمكن أن يؤدي إطالة الاختبار إلى تحسين إشارة تغير الكتلة، ولكن فقط إذا ظلت المجموعة مستقرة واستمرت ظروف الاختبار في استيفاء الإجراء المختار. ولا يعالج الاختبار الأطول مشكلة وجود تسرب في الإحكام.

قد توفر أجهزة F1249 نهجًا عمليًا أكثر لقياس الأغشية ذات WVTR المنخفض، لكن وجود كاشف بالأشعة تحت الحمراء لا يضمن تلقائيًا الحصول على نتيجة صالحة للاستخدام. يجب أن يلائم نطاق القياس الكامل، بما في ذلك انتقال الخلفية وعدم اليقين قرب الحد الأدنى، العينة المتوقعة. وتستدعي النتيجة القريبة من خلفية النظام تدقيقًا خاصًا؛ إذ قد يمثل تغير طفيف في الخلفية أو سلامة الإحكام حصة كبيرة من الإشارة المقاسة.

عند معدلات الانتقال الأعلى، يمكن أن ينتج اختبار الكأس الوزني تغيرًا في الكتلة يسهل قياسه. ومع ذلك، يتطلب الاختبار عددًا كافيًا من القراءات لتحديد ميل موثوق بعد فترة التهيئة الأولية. وقد تعكس الفترة الأولى بعد تركيب العينة تغيرات في الرطوبة المخزنة في الغشاء أو مجموعة الاختبار، لا انتقالًا مستقرًا عبر العينة. ويكون الاتجاه الخطي والمتسق للكتلة بمرور الوقت أكثر دلالة من فرق واحد بين عمليتي وزن.

في كلتا الطريقتين، قارن النتيجة المتوقعة بنطاق القياس القابل للاستخدام عند درجة الحرارة والرطوبة ومساحة الاختبار المقصودة. ولا يصف حد الكشف المعلن وحده قابلية التكرار أو سلوك الخلفية أو الوقت اللازم للوصول إلى نتيجة يمكن الإبلاغ عنها.

لماذا قد تغيّر ظروف الاختبار ترتيب النتائج

إن WVTR معدل يُقاس في ظل ظروف محددة. ويتأثر بدرجة الحرارة وبفرق ضغط بخار الماء عبر الغشاء. وتُعد الرطوبة النسبية جزءًا من وصف الاختبار، لكن لا يمكن تفسير قيمها بمعزل عن درجة الحرارة؛ فالنسبة المئوية نفسها عند درجة حرارة مختلفة تمثل ضغطًا مختلفًا لبخار الماء.

قد يذكر تقريرا WVTR بوحدة g/(m²·day)، ومع ذلك يصفان اختبارين مختلفين اختلافًا جوهريًا. وتتطلب المقارنة معرفة درجة الحرارة والرطوبة أو ضغط البخار على كلا الجانبين، واتجاه العينة، والتهيئة، والمساحة المعرّضة، والطريقة. كما يجب ذكر إجراء E96/E96M المختار في التقرير، لأن ترتيبات المجفف والماء تنشئ ظروفًا حدية مختلفة.

قد تؤثر الرطوبة في أكثر من مجرد القوة الدافعة للانتقال. فبعض الطبقات الحساسة للرطوبة تمتص الماء ويتغير أداؤها كحاجز مع ازدياد رطوبتها. وقد يتصرف غشاء يؤدي جيدًا في ظل تدرج رطوبة معتدل بشكل مختلف عندما تتعرض طبقته الحاجزة لبيئة أكثر رطوبة. لذلك، لا يؤدي قسمة WVTR على فرق ضغط بخار اسمي بالضرورة إلى جعل النتائج متكافئة في جميع ظروف الرطوبة.

عند فحص مواد مناسبة لأغذية جافة تُعبأ في بيئة رطبة، فإن وضع الوجه الخارجي المقصود باتجاه الرطوبة الأعلى يجعل البيانات أكثر ارتباطًا بظروف الاستخدام. أما في حالة المنتج الرطب، فقد يكون الاتجاه المناسب معكوسًا. ولا يحاكي أي من ترتيبي المختبر جميع خصائص العبوة المملوءة، لكن ينبغي أن يتوافق الاتجاه المختار مع السؤال المراد اختباره.

يؤثر تركيب الغشاء وتجهيزه في النتيجة

يمثل قياس الغشاء المساحة المعرّضة في خلية الاختبار أو الكأس، ولا يشمل تلقائيًا مساهمة لحامات العبوة أو طياتها أو أغطيتها أو زواياها المُشكّلة. لذلك، لا تثبت نتيجة جيدة لغشاء مسطح مستوى الحاجزية للرطوبة في كيس مكتمل. وبالمثل، لا تثبت النتيجة السيئة للعبوة المكتملة وحدها أن للغشاء معدل انتقال ذاتيًا مرتفعًا.

اقطع العينات من مادة ممثلة وغير متضررة، وحدد اتجاه التصنيع واتجاه السطح وموقع أخذ العينة عند ارتباط ذلك بالتركيب. وقد تؤدي الثقوب الدقيقة والخدوش والتجاعيد والعيوب الموضعية في الطلاء إلى نتائج تختلف بشدة بين العينات. وتساعد الاختبارات المكررة في مواقع منفصلة على التمييز بين العيوب الموضعية وسلوك الغشاء ككل.

يجب أيضًا وضع السُمك في سياقه. فبالنسبة إلى مادة متجانسة، يؤثر السُمك في الانتقال، لكن مقارنة غشاءين متعددي الطبقات اعتمادًا على السُمك الكلي فقط قد تحجب التغيرات في الطبقة الحاجزة أو استمرارية الطلاء أو بنية المادة اللاصقة. سجّل معلومات البنية والسُمك المتاحة للعينة. وإذا حُسبت النفاذية السطحية أو النفاذية، فأبلغ عن أساس الحساب والوحدات؛ فضرب القيمة في السُمك الكلي لا يُعد مقارنة بسيطة لخصائص المادة في كل بنية مُصفّحة.

الإحكام مسألة منفصلة عن أداء الغشاء. ففي اختبار الكأس، قد يُخطأ في اعتبار التسرب حول العينة انتقالًا عبرها. وفي الخلية الآلية، قد يؤدي ضعف التلامس أو تلف الأختام أو التلوث كذلك إلى زيادة المعدل الظاهري. ويساعد فحص الفراغ أو أي فحص آخر لملاءمة النظام مناسب للجهاز على تحديد مشكلات الخلفية والإحكام قبل نسبتها إلى المادة.

مقارنة بيانات F1249 وE96/E96M

لا يوجد عامل تحويل عام بين نتائج الطريقتين. فهما تستخدمان نظامي قياس مختلفين وقد تعرّضان العينة لتوزيعات رطوبة وحركة هواء وتاريخ اتزان مختلفة. وحتى عندما تكون ظروف درجة الحرارة والرطوبة الاسمية متقاربة، قد تكون لهذه الاختلافات أهمية في غشاء تتغير خصائصه مع محتواه الرطوبي.

إذا حددت مواصفة قائمة طريقة بعينها، فاستخدم تلك الطريقة وظروفها المحددة للقبول. ويمكن أن تدعم البيانات الناتجة من الطريقة الأخرى أعمال التطوير أو استكشاف المشكلات وإصلاحها، لكن استبدال الطريقة المحددة يتطلب مقارنة متفقًا عليها. وتشمل الدراسة المفيدة مواد ممثلة تغطي نطاق الانتقال المعني، وعينات متعددة، واتجاهًا موحدًا، وظروفًا متطابقة قدر الإمكان وفق ما تسمح به الإجراءات. افحص الفروق بين الطريقتين وقابلية التكرار داخل كل طريقة؛ فالاتفاق في حالة غشاء واحد لا يثبت الاتفاق في جميع التركيبات.

لا تعتبر الفرق بين نتيجتين منفردتين دليلًا على أن إحدى الطريقتين غير دقيقة. راجع أولًا مدة التهيئة، وسلامة الإحكام، ومساحة الحساب، والفترة المستقرة، والرطوبة الفعلية على كل جانب. فقد تختلف نتيجة اختبار أُوقف أثناء امتصاص الرطوبة الانتقالي عن نتيجة اختبار أطول، حتى عندما يعمل الجهازان بشكل صحيح.

اختيار إعداد الاختبار لغشاء غذائي

بالنسبة إلى غشاء مُصفّح ذي معدل انتقال منخفض جدًا، ابدأ بنظام F1249 ثبت أن نطاقه يغطي WVTR المتوقع في الظروف المطلوبة. تحقّق من أن الخلفية منخفضة ومستقرة بما يكفي، وأتح الوقت اللازم لاقتراب العينة والخلية من استجابة مستقرة. وإذا كانت طريقة الكأس محددة، فتأكد من إمكانية قياس تغير الكتلة المتوقع خلال فترة اختبار عملية، مع الحفاظ على استقرار المجموعة.

بالنسبة إلى غشاء أكثر نفاذية، قد يكون إجراء الكأس وفق E96/E96M خيارًا عمليًا عندما يتوافق ترتيب الرطوبة فيه مع غرض الاختبار ويمكن الحصول على ميل مستقر لتغير الكتلة. ومع ذلك، يجب أن يعكس الإجراء المختار تدرج الرطوبة المقصود. ولا ينبغي اعتبار كأس المجفف وكأس الماء متكافئين لمجرد أن كليهما ينتج WVTR وزنيًا.

عند مقارنة عدة أغشية، حافظ على اتساق الطريقة والظروف والتهيئة والاتجاه. وإذا امتدت المعدلات المتوقعة على نطاق واسع، فقد لا يوفر إعداد واحد دقة مفيدة بالقدر نفسه لكل عينة؛ لذا وثّق أي تغيير في الطريقة أو ظروف الاختبار قبل تفسير ترتيب النتائج.

ينبغي أن يحدد التقرير النهائي المعيار وإصداره، والإجراء، ودرجة الحرارة، وظروف الرطوبة، والمساحة المعرّضة، واتجاه العينة، والتهيئة، وعدد العينات، وقيمة WVTR المُبلّغ عنها ووحداتها. أدرج الانحرافات ذات الصلة والأساس الذي استند إليه اختيار فترة القياس المستقرة. وتتيح هذه التفاصيل مقارنة نتيجة لاحقة بالاختبار نفسه بدلًا من مقارنتها برقم معزول.