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测试数据检验方法--杯式法水蒸气透过率测试仪

发布时间：

2025-11-25

测试数据检验方法--杯式法水蒸气透过测试仪

刘利频博士

广州西唐机电科技有限公司

塑料包装材料对食品药品质量安全的重要性不言而喻。目前市场上的塑包检

测材料仪器，特别是水蒸气透过率测试仪，良莠不齐。有些仪器的过程测试数据

与结果数据相差 2-8 倍，严重违背科学常识！还有部分仪器，不给出过程测试数

据，直接给出一个测试结果。这种仪器的可信度更加存疑。

过程数据与结果数据的一致性检验问题，已经引起有关专家与检测机构的高

度重视。

1 杯式法水透仪的计算原理

无论中国还是美国标准，均使用最小二乘法计算水蒸气透过量。

1) 中国标准 GB1037-88 规定

根据杯式法标准 GB 1037-88 之 8.1 条规定：

水蒸气透过率：WVT =

∙

∆

∙

= ∆

. ；单位：g/m2.day。

其中∆m为质量变化稳定后的质量变化量，单位：g；A 为试样面积，单位：

；t 为测试时间，单位为 h。

实际处理过程中，测试过程中不会只是两个点，而是有多个数据点。因此上

式计算转为对（ti、mi）序列，用最小二乘法计算斜率 k，再计算出透过率

WVT = k ∙ ( )。

2) 美国标准 ASTM E96-00（2000 年），M2005，M2013，M2015 规定

美标ASTM E96 M2015之13.1.3条“Numerical Analysis—A mathematical least

squares regression analysis of the weight”，明确规定采用最小二乘回归方法计算水

蒸汽透过率。其中计算为：WVT=G/t/A。

2 杯式法水透仪的结果修正

中国标准，没有规定修正测试结果；美国标准，明确规定高阻隔

样品测试时不需要修正测试结果。

1) 中国标准 GB1037-88 规定

没有规定任何的结果修正。

2) 美国标准 ASTM E96 M2015 规定

美标ASTM E96 M2005，ASTM E96 M2013，ASTM E96 M2015之13.4条

“Corrections for materials with permeance value below 2-perm [114 ng·Pa-1 ·s -1 ·m -2]

are insignificant and need not be done”明确规定：透过性小于2-perm时不要修正!

38℃增重法时，湿度差约为90%RH。此时对应的饱和蒸气压为6630Pa，因

此在此条件下，2-perm对应的水蒸气透过量为：58.8g/m2.day。

推算过程如下：

114ng

Pa ∗ s ∗ m

∗ 6630Pa ∗ 90% =

114ng ∗ 6630Pa ∗ 90% ∗ 24 ∗ 60 ∗ 60

Pa ∗ (24 ∗ 60 ∗ 60s) ∗ m

58.8g

m . day

简单地说，

23℃，湿度差为90%RH时，饱和水蒸气压为2810Pa，此时2-perm对应的水蒸

气透过量为：58.8g/m2.day。

推算过程如下：

114ng

Pa ∗ s ∗ m

∗ 2810Pa ∗ 90% =

114ng ∗ 2810Pa ∗ 90% ∗ 24 ∗ 60 ∗ 60

Pa ∗ (24 ∗ 60 ∗ 60s) ∗ m

24.9g

m . day

故有：

38℃，湿度差为 90%RH 时，试样的水蒸气透过量小于 58.8g/m2.day 时测试

结果不需要修正；

23℃，湿度差为 90%RH 时，试样的水蒸气透过量小于 24.9g/m2.day 时测试

结果不需要修正。

3 检验方法

将测试过程（时间、质量）序列数据转换成 EXCEL 表格；利用

EXCEL 软件散点图的最小二乘法功能，手动计算过程数据得出的测试

结果，即过程数据。

1) 过程数据获取

可以向相关仪器生产厂家咨询，要求厂家提供过程数据。事实上，制药企业

的检验规程要求，仪器必须提供和保存原始测试过程数据。然后从原始数据中找

出（时间、质量）序列，并填入 EXCEL 表格。

西唐科技公司测试数据的提取方法：

(1) 在测试软件安装目录下，根据测试日期在对应目录下找到相应 mdb

文件；

(2) 使用 ACCESS 数据库软件打开 mdb 文件，并在 ACCESS 软件左侧双击

SAMPLE01 表格以找开；

(3) 点击“外部数据”->“导出”EXCEL，再输入文件名，即转换为 EXCEL

表格；

(4) 打开导出的 EXCEL 表格，选择测试腔序号，再选择“开始”->“筛选”

(5) 点击筛选（选择腔号，-1 表示无测试腔），可以选择你要想的测试腔

号数据，再删除前面无透过率的数据行，其它与时间、质量无关的

数据列也可以删除；（无透过率的数据行，是样品透过达到平衡阶段

的数据，不参与数据计算）

其它公司的数据，如果不能产生 EXCEL 表格，可以手抄填写一个（时长、质

量）表格（应该去掉测试开始后 5-6 小时内的数据点），以备后续最小二乘法计

算，格式如下：

时长(分钟）质量（mg)

123345.2

120

123342.3

240

123340.1

。。。

2) 最小二乘法计算透过率

利用 EXCEL 表格的散点图中的最小二乘法功能，检查测试过程数据与结果数

据的一致性。

检验过程：

(1) 选择相应的数据列，不包括表头；（按 CTRL 与鼠标可以多区域选择）

(2) 点选“插入”—〉“图表”—〉“散点图”；

(3) 在散点图上点选线，右击，选择“添加趋势线”；

(4) 点选选项：线性、自动；

(5) 勾选“显示公式”。

(6) 图形中公式 y=-0.23X+123。其中 X 系数为时间质量斜率（负数为减重

法，正数为增重法），单位为：mg/min;

(7) 转换为透过率： WVT=(a*24*60)/(S*1000)；

X 的系数为 a；样品面积 S 通常为 0.0033m2 (33cm2 )；则对应透过率

WVT=a*24*60/(0.0033*1000)=436.3636*a (g/m2 .day)

(8) 对比仪器给出的结果与上步计算的结果。两者之间的差距最大不应

该大 5%。

3) 过程与结果对比检验

上述过程计算出来的数据是所谓过程数据。对比仪器给出的测试结果，两者

之间的差值不应大于 5%。西唐公司的差距小于 1%。

4 结论

(1)如果根据过程数据计算的结果是仪器给出结果的 2-8，甚至 10 倍，那么这

样的仪器，作为质量检验或者市场监控的手段，其数据有效性、合法性是严重存

疑的！一个严格控制质量的单位，需要引起高度重视。

(2)如果仪器不给出过程数据，那么直接违背相关质量检验规程，特别制药行

业对检验仪器的要求。在现代技术条件下，一项很容易完成的工作，有意不去执

行，则仪器可能存在严重的缺陷。

(3) 杯式法水蒸气透过率测试仪，是一种水蒸气透过性的定义方法（ASTM

E96-00之15.2条“15.2 Bias—This test method has no bias because water vapor

transmission of materials is defined in terms of this test method.”）。通常标准膜的定

值由其规定，因此该方法仪器如果存在严重问题的话，那么它将延伸到其它需要

标准膜标定的水蒸气透过率测试仪！

附注：如果需要相应的 EXCEL 计算表格，可以向广州西唐科技咨询。

附录：市场上某公司水透仪的数据查询方法与步骤

1 打开与该类水蒸气透过率测试仪的计算机软件；

2 点击主菜单左上角的菜单：“文件”；

3 显示下拉菜单后，点选其中的“打开”菜单，程序将弹出一个文件选择框；

4 在文件选择框中选择测试文件，文件后缀名通常为“wtr”，然后点击右下角

的打开按钮；程序将显示该文件记录的一次测试的结果，并记录相应测试杯

的测试结果，特别是透湿量（样品厚度不参与该结果的计算）。（在选择文件

时，可能需要找到文件所在目录，可以咨询厂家）

5 在显示试验结果的弹出窗口上有相关菜单，点击左起第四个按钮（或者在

EXCEL 图标右边的按钮），将会弹出一个过程数据详细窗口。

6 翻动过程数据窗口，可以记录测试过程质量数据并计算时间间隔，并填入

EXCEL 表格，用正文中方法计算(注意质量(g)乘以 1000 转换为 mg；与时间间

隔转换为分钟）

7 也可以用下述方法手工计算过程数据表征的水蒸气透过率。该手工计算方法

精度较差，但快速有效。

（1）选择杯号，记录相应的（时间--质量）数据:（Mi ,Ti)，i=1,2,3...;

（2）选择数据：通常最初的一个数据不参与计算，因为水蒸气透过可能未达到

平衡。手工计算时，通常选择第二个数据(M2,T2)和最后一个数据(Mn,Tn);

（3）计算公式：透过率 p=∆m/(A*t)，式中 A 为试样面积 33cm2；t=（Tn-T2）/24，

其中 Tn 以小时单位，转换为天；∆m= Mn- M2，以 g 为单位。手工计算水蒸气透

过率

p=∆m/(A*t)=24*(Mn- M2)/(Tn-T2)/0.0033=7272.7*(Mn- M2)/(Tn-T2).

（4）对比手工计算值与第 4 步中报告值，可以比较过程与结果差异。

如果需要更明确的图示过程图，请与广州西唐科技有限公司联系。

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