2019年12月26日 | 顶空气体分析仪中应用到的氧气传感器和二氧化碳传感器

MAP混合气通常由普通的大气气体，如二氧化碳(CO2)、氮气(N2)和氧气(O2)构成，引入其它气体，如一氧化氮(N2O)、氩气(Ar)和氢气(H2)，也可以在一定范围内抑制微生物生长。这些气体可以单独使用，或者也可以根据特定比例混合使用。

例如，二氧化碳在抑制微生物（如霉菌和其它常见有氧菌）生长方面为有效。二氧化碳溶于食品中的水和脂肪，从而降低食品的PH值；二氧化碳还能渗透生物膜，导致渗透性和功能改变。作为一种惰性气体，氮气主要用来置换包装中的氧气，从而能防止氧化。因为氮气在水中的溶解量非常小，所以还可以用来保持内部容积，防止包装破坏。

尽管在大多数食品包装中氧气浓度应尽可能低，但肉类却是例外。肉类包装中的氧气有助于保存含氧形式的肌红蛋白，从而保持肉类呈现红色。氧气对于水果和蔬菜的保存也很有价值，因为氧气有助于水果和蔬菜呼吸

仅依赖于采用高阻隔性包装材料阻碍气体渗入／渗出，易忽略对包装后成品内部气体成分的实时监测。同时，有些产品采用气调包装（如N2、CO2按照一定比例置换包装内气体）以保护内容物，但内部气体比例在销售过程中发生变化，产品则会变质、失效或产生危险。准确分析产品品质、预计有效保质期、合理设计包装，需要掌握包装内部气体成分，当然也可通过降低包装环境中的特定气体浓度来加快吸附在产品表面的气体解吸。所以，需要比较生产线与存储期时分别检测出的包装内气体成分，并依此调整包装工艺。上述检测均需通过顶空分析技术完成，顶空气体分析测试是测试包装内部气体成分的唯一方法，可检测包装内顶部聚集的气体成分。当前该技术适用于生产线、仓库、实验室等场合，可快速、准确地测定密封包装袋、瓶、罐等中空包装容器的O2和CO2含量，应用范围包括奶粉包装、肉类包装、医药包装、气调包装、活性包装、防腐包装、饮料包装等。

因国内外研制的顶空分析仪多为仅可测试单一气体成分含量，所以同时测定内部O2与CO2比例含量时，需要安装了不同气体传感器的顶空分析仪进行测试，这对分析气调包装的混合气体比例带来了一定的工作难度。因此，可同时测定O2与CO2比例含量的顶空分析仪，与科研机构共同完成其对各种包装的顶空分析技术研究。挑选了市场上多种形式的食品及药品包装，包括不同油脂含量的食品、充氮包装、气调包装、普通空气包装等，对上述样品在试验过程中气体抽取时间、样气分析时间等因素进行了优化分析，并对同时测定O2与CO2比例含量的顶空分析技术在不同包装形态的食品、药品包装应用时的稳定性及重复性进行了综合研究。该研究将对同时测定多种气体的顶空分析技术在食品、药品行业生产现场在线分析以及货架期间包装内气体成分变化监测研究提供一定的帮助

顶空分析技术的原理

使用顶空分析仪将取样器插入待测包装容器的内部，从包装物顶空采集足够体积的样气。之后，将样气注入气体分析传感器中，间隔一定的测试时间或者等气体分析传感器输出气体浓度值稳定之后记录试验数据。每种气体含量的检测都需要使用不同的气体分析传感器，待测样气经过O2分析传感器与CO2分析传感器后，分别检测出样气中O2与CO2含量。

顶空气体分析仪同时配置了氧气传感器、二氧化碳传感器，可同时测试氧气、二氧化碳的含量，打破了常见的顶空分析仪一次只能检测一种气体的弊端；仪器配备了可滑动式测试头，可适用于任意高度试样的测试；设备提供了一种自动刺破试样装置，通过设置升降台，将试样送至穿刺针处，自动刺破试样，还可以调节试样的上升速度，控制刺破强度，克服了大多数顶空分析仪只能测试软质包装的弊端，节省了定制测试硬质包装所需配套夹具的昂贵费用，同时避免了手工操作刺破试样，提高了测试精度及试样效率；尽可能缩短设备内的管路长度，缩短了试验时间，使设备更加适用于食品、药品等产品生产现场的应用；设备采用了高精密度、高气密性、小体积的气体取样器，以适用于气体体积较小的成品包装内气体成分的测试；取样器内配备了防堵式结构设计，防止奶粉、药品等粉末类样品造成仪器堵塞。

顶空分析仪中检测O2与CO2含量的传感器，技术工程师推荐氧化锆氧气传感器SO-E2-960和超快速二氧化碳传感器/CO2传感器SprintIR6S， 通过精确的测量氧气以及二氧化碳的浓度来调整气调包装内的气氛环境，从而延长易腐食品的保质期。

制氧机专用氧化锆氧气传感器SO-E2-960工作原理: 

因为在氧化锆电解质中电流的载体是氧离子，所以当电压施加到氧化锆电解槽时，氧气通过氧化锆盘被抽到阳极。如果给电解槽阴极加上一个带孔的盖子，氧气流向阴极的速率就会受到限制。受到这个速率的限制，随着所施加的电压逐渐增加，电解槽内的电流会达到饱和。这个饱和电流被称为极限电流，它与周边环境中的氧气浓度成正比。

制氧机专用氧化锆氧气传感器SO-E2-960应用:
医疗：氧气浓缩器、 恒温箱、制氧机
实验室：惰性气体处理柜（手套式操作箱）、细菌培养箱
食品产业：包装、食品检验、 监控水果成熟过程(储存/运输)
家庭/烹饪：自动化烘焙/烘烤（高温>100℃）
测量技术：固定式/便携式氧气测量仪、 在控制氧含量的情况下进行测量、空气调节和流通
安全技术/监控：防火（氮气增加，例如服务器机房）、温室，酒窖、气体贮藏，精炼厂、潜水、发酵单元
电气工业：惰性气体处理器和柜、 惰性气体焊接监控、 在氮气增加的情况下进行储存（防氧化）、干燥设备、氮气浓缩器、废气测量

制氧机专用氧化锆氧气传感器SO-E2-960氧气传感器的优点: 
测量范围广，1%~96%氧气
高精度
多款型号呈线性特征
传感器信号对温度的依赖性小
交叉灵敏度低
使用寿命长
在多数情况下只需进行一次“单点校准”

一、英国GSS 超快速二氧化碳传感器/CO2传感器SprintIR6S描述：

SprintIR6S是我们的新型超快速CO2传感器，用于高速应用，响应速度是任何其他NDIR CO2传感器无法比拟。

SprintIR6S是专门为快速捕获二氧化碳浓度变化的应用需求而设计的，适用于0-100％的CO2浓度测量。 传感器每秒可读取20个读数，比目前的SprintIR传感器响应速度快6倍，成为很快的电池供电的NDIR CO2传感器。

二、英国GSS 超快速二氧化碳传感器/CO2传感器 SprintIR6S主要优点：

•很快的响应速度-比SprintIR系列快6倍
•超快预热时间-初次读数<30秒
•高速感应-每秒20次读数（20Hz）
•低功耗- 35mW

三、英国GSS 超快速二氧化碳传感器/CO2传感器 SprintIR6S测量范围：

•0-5％
•0-20％
•0-100％

四、英国GSS 超快速二氧化碳传感器/CO2传感器 SprintIR6S典型应用：

SprintIR6S专为高速传感要求而设计，并适用于需要捕获快速变化的二氧化碳浓度的应用，如：

•二氧化碳图谱
•健身测试
•代谢评估
•体育科学
•兽医医疗
•肺功能检测仪
•孵化器