食品包装的防潮性能直接关系到食品的保质期、口感与安全，而水蒸气透过率（WVTR）是衡量这一性能的核心指标。在生物环境试验中，WVTR测试通过模拟食品储存的温湿度环境，量化包装材料对水蒸气的阻隔能力，为包装设计、材料选择提供科学依据。本文从测试意义、原理、方法、影响因素及实操要点展开，系统解析WVTR测试的关键环节。

水蒸气透过率对食品包装的核心意义

食品变质的重要诱因之一、水分侵入：饼干吸收水分会变软失去酥脆感，坚果受潮会加速油脂氧化产生哈败味，生鲜水果因水分流失会干缩变质。包装材料的WVTR越低，说明其对水蒸气的阻隔能力越强，能有效维持食品内部的水分平衡。例如，油炸食品需选择WVTR≤5g/(m²·24h)的高阻隔材料（如铝塑复合膜），而干燥的粮食类食品可选用WVTR≤15g/(m²·24h)的常规PE膜。

此外，WVTR测试还能验证包装的完整性。若包装热封边密封不严、材料存在针孔或破损，会导致局部透湿率骤升，测试结果会明显高于正常范围，从而及时发现包装缺陷。

WVTR测试的基本原理与标准体系

WVTR测试的核心原理是“浓度差驱动”——水蒸气从高湿度侧（模拟食品储存的潮湿环境）通过包装材料向低湿度侧（模拟包装内部的干燥环境）传递，通过检测单位时间内透过单位面积的水蒸气量，计算WVTR值。

目前国际通用的测试标准主要有三类：中国国家标准GB/T 1037《塑料薄膜和片材水蒸气透过率的测定 杯式法》，规定了静态杯式法的测试流程；美国材料与试验协会标准ASTM E96《材料水蒸气透过率的标准试验方法》，涵盖了杯式法、电解法等多种方法；国际标准化组织标准ISO 2528《纸和纸板 水蒸气透过率的测定 重量法》，适用于纸质包装材料。

不同标准的测试条件略有差异，例如GB/T 1037规定测试温度为23℃或40℃，湿侧湿度为85%RH（用氯化钾饱和溶液）；ASTM E96的“程序B”则采用38℃、90%RH的条件，更贴近热带地区的食品储存环境。

常用WVTR测试方法的对比与应用

静态杯式法是最传统的测试方法。将样品密封在装有干燥剂（干杯法，模拟低湿度侧）或饱和盐溶液（湿杯法，模拟高湿度侧）的透湿杯中，定期称量杯子的质量变化，通过质量差计算WVTR。该方法成本低、操作简单，适合PE、PP等常规包装材料，但测试周期长（需24-72小时），且对高阻隔材料（如EVOH复合膜）的精度不足。

电解传感器法采用动态测试原理。干燥的氮气载气流经样品的低湿度侧，将透过的水蒸气带入电解池，水蒸气被电解为氢气和氧气，产生的电流与水蒸气量成正比。这种方法精度高（可测至10⁻³g/(m²·24h)），适合高阻隔材料的测试，但设备成本较高，需定期更换电解池。

红外传感器法利用红外光谱检测水蒸气浓度。载气携带透过的水蒸气经过红外检测池，红外光被水蒸气吸收的程度与浓度成正比。该方法测试速度快（仅需1-2小时），重复性好，适合生产线的快速质量控制，但对低阻隔材料的精度略低于电解法。

影响WVTR测试结果的关键因素

温度是影响WVTR的最主要因素。温度升高会加快水蒸气分子的热运动，降低材料的结晶度，从而提高WVTR。例如，PE膜在23℃时WVTR约为10g/(m²·24h)，在40℃时会升至约25g/(m²·24h)。因此，测试需严格控制温度，偏差应≤±0.5℃。

湿度差（ΔRH）是水蒸气传递的动力。ΔRH越大，水蒸气的传递速率越快。例如，当湿侧湿度为90%RH、干侧为0%RH时，WVTR是湿侧50%RH、干侧0%RH时的2-3倍。测试中需确保饱和盐溶液的浓度稳定，避免湿度波动。

样品状态直接影响测试准确性。样品厚度不均会导致局部透湿率差异，例如某PET膜厚度偏差±10%，WVTR结果偏差可能达15%；样品表面的褶皱、破损会形成“短路”，使水分直接泄漏，导致结果偏高。

测试中的样品制备与操作要点

样品制备需遵循“平整、均匀、无缺陷”原则。裁剪样品时需避开材料的边缘与褶皱区域，尺寸应略大于透湿杯的开口（如杯口直径100mm，样品尺寸120mm×120mm），确保密封时无泄漏。

样品预处理是关键步骤。需将样品置于标准环境（23℃、50%RH）中调节24小时，使材料的水分含量与环境平衡，避免初始水分蒸发影响质量变化。例如，刚从仓库取出的样品若直接测试，可能因含有的残留水分蒸发，导致杯式法的质量变化偏大。

样品安装时需用密封蜡或硅胶将样品紧密固定在透湿杯口，确保杯内与外界完全隔离。若密封不严，空气中的水分会进入杯内，导致结果偏高。例如，某测试中因密封蜡未完全覆盖杯口缝隙，WVTR结果比实际值高了30%。

数据处理与结果的有效性验证

WVTR的计算公式因方法而异。杯式法的公式为：WVTR = (Δm × d) / (A × t × ΔP)，其中Δm为质量变化（g），d为样品厚度（m），A为透湿面积（m²），t为测试时间（h），ΔP为水蒸气分压差（Pa）。计算时需注意单位统一，例如厚度需转换为米，面积转换为平方米。

结果的重复性是判断测试有效的关键。同一批次样品需测试3次，相对标准偏差（RSD）应≤5%。若某一样品的RSD＞10%，需检查样品是否破损、设备是否校准。

设备校准需定期进行。可采用标准膜（如已知WVTR的铝箔复合膜）验证设备准确性。例如，用铝箔膜（WVTR≈0g/(m²·24h)）测试时，若结果＞0.1g/(m²·24h)，说明设备存在泄漏，需检修密封部件。