摘要：

目的：评价杯式法、电解法和红外法3种方法测量塑料薄膜水蒸气透过量的数据一致性。

方法：采用厚度均匀的塑料薄膜，经杯式法、电解法和红外法3种方法测量其水蒸气透过量，等效检验评价测定结果的一致性。

结果：杯式法、电解法和红外法测量塑料薄膜的水蒸气透过量分别为7.03、7.02和6.99 g/（m2·day）。

结论：3种方法的测量结果等效。这为多种方法测量塑料薄膜水蒸气透过量的实验室数据对比提供了一定的数据基础。

水蒸气可经溶解、扩散穿透塑料药包材，进入包装内药品，引发包装内固体药物潮解、变质和霉败；也可以经液体药品穿透塑料药包材，进入环境，导致液体药品溶液体积减少，溶质浓度增大，引发不良后果。因此，测量并根据药品性质选择阻隔水蒸气性能合适的塑料药包材，对保障包装内药品的质量具有重要意义。

水蒸气透过量是评价药包材阻隔水蒸气的能力，定义为在规定温度、相对湿度、一定的水蒸气压差下，样品在一定时间内透过水蒸气的量。国家药包材标准对许多塑料药包材品种设有水蒸气透过量检查项。检查用分析方法有杯式法、电解法和红外法，这些方法不仅被国家药包材标准收载，也被GB、ISO、ASTM标准收载。

杯式法是最先用于测定塑料包材水蒸气透过量的分析方法，该法直观、简单、溯源清晰。但杯式法易受操作水平影响，测试费时费力，在测定水蒸气透过量低的样品时更甚。电解法和红外法是后续发展的仪器分析法，通过将水蒸气信号转变为电信号和红外吸收信号，实现测试自动化。这两种方法的计量溯源到杯式法。从理论上看，3种方法的测量数据应基本一致。测量数据的一致性是开展实验室数据比对的基础，因此，本文拟通过具体实例分析，为开展后续实验室数据比对工作提供数据基础。

评价数据一致性，即数据的等效性起步于20世纪70~80年代，最初由美国FDA提出。FDA为解决专利药过期后仿制药的申请需求，提出生物等效性评价。随后数据的等效性研究向其他领域逐渐推广。无论是黄热病疫苗的减量有效性评价，还是仿制药的一致性评价，抑或产品的合规性检验、方法确认都属于等效性研究的范畴。等效性研究能对两组数据做出相一致的结论，出现错判的风险低，适于评价本文中3种分析方法测量结果的一致性。

1 材料、仪器与方法

1.1 材料

PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯, Polyethylene terephthalate；批号11604271，日本东丽公司）；高纯氮气（N2≥ 99.999%，北京普莱克斯实用气体有限公司）；无水氯化钙（批号20160329，国药集团化学试剂有限公司）；标准膜[水蒸气透过量为2.94 g/（m2·day），中国食品药品检定研究院]；标准膜[水蒸气透过量为6.97 g/（m2·day），中国食品药品检定研究院]；F70 thickness analyzer测厚仪用BK7厚度标准片（标示值222.28 μm，Film公司）。

1.2 仪器

Permatran-W 3/33水蒸气透过测试仪（美国Mocon公司）；W3/330水蒸气透过率测试系统（济南兰光机电技术有限公司）；SDJ4025F高低温试验箱（重庆银河试验仪器有限公司）；MSE524S- 000DA电子天平（德国Sartorius公司）；F70 thickness analyzer测厚仪（Film公司）。

1.3 样品预处理

将厚度均匀的PET膜材切割成边长为17 cm正方形片，共裁取54片。依照水蒸气透过量仪器测试腔要求，裁切成适宜尺寸，作为待测样品。样品应保证无皱褶、折痕、针孔及其他缺陷。样品随机分成3组，每组18片，分别测定厚度和水蒸气透过量。

1.4 厚度测定

测试前，先获取背景，用BK7标准片调好物镜焦距，备用。将PET膜片置于物镜下，测定其中间、上、下、左、右5个点的厚度，取平均厚度作为每片薄膜的厚度。

1.5 杯式法测定水蒸气透过量

将无水氯化钙置于200 ℃条件下烘干，称取适量置于透湿杯中。将样品固定在透湿杯上。随后用熔融的密封蜡浇灌透湿杯的凹槽，待密封蜡凝固后，再将透湿杯放入38℃±0.5℃，相对湿度90%±2%的恒温恒湿箱中，16 h后从箱中取出，放入处于23℃±2℃环境下的干燥器中，平衡30 min后进行称量。称量后将透湿杯重新放入恒温恒湿箱中，以后每两次称量的时间间隔为12 h。重复称量，直到前后两次质量增量相差不大于5%时，结束试验。以最后透湿值为样品的水蒸气透过量。

1.6 电解法测定水蒸气透过量

采用标示值为2.94 g/（m2·day）和6.97 g/（m2·day）的水蒸气透过量校准膜校正W3/330水蒸气透过率测试仪，仪器工作正常后再开展试验。将样品放置到渗透腔中，关闭且密封好渗透腔。设置试验温度为38℃±0.5℃，相对湿度90%±2%，流量（100±2）mL·min-1。开始测定样品，直至相邻3次显示的水蒸气透过量值变化在5%以内时结束试验。以最后透湿值为样品的水蒸气透过量。

1.7 红外法测定水蒸气透过量

采用标示值为2.94 g/（m2· day）和6.97 g/（m2· day）的水蒸气透过量校准膜校准Permatran-W 3/33水蒸气透过测试仪，仪器工作正常后再开展试验。随后将样品放置到渗透腔内，关闭且密封好渗透腔。设置试验温度为38℃±0.5℃，相对湿度90%±2%，流量（10±0.5）mL·min-1。开始测定样品，直至试验稳定时相邻3次显示的水蒸气透过量值变化在5%以内时结束试验。以最后透湿值为样品的水蒸气透过量。

2 结果

2.1 厚度测量结果及均匀性分析

54片样品测定结果如表 1所示。

表 1 厚度测定结果

为评价3种测试样品的厚度，对3种样品的厚度做单因素方差分析，F值为0.15，F临界值为3.18，F值小于F临界值，说明样品厚度均匀。样品厚度与水蒸气透过量相关，厚度均匀的同一批样品，其对应水蒸气透过量通常也应均匀。

2.2 杯式法、电解法和红外法测定水蒸气透过量结果及一致性检验

54片样品测定结果如表 2所示。

表 2 杯式法、电解法和红外法测定水蒸气透过量结果

以杯式法测量结果作为对照值，分别评价电解法、红外法与杯式法的一致性。为方便评价，现定义如下：Te为电解法测定的结果，Ti为红外法测定的结果，C为杯式法测定的结果。δ为等效界值，α为检验水准（α=0.05），双侧检验。

原假设和备择假设分别用H0和H1表示。

首先评价电解法与杯式法测量结果是否等效。拟定电解法与杯式法测量结果是否等效的原假设和备择假设如下：

H0：两种方法测定结果不等效，|Te-C|≥ δ

H1：两种方法测定结果等效，|Te-C|＜δ

一致性检验为双侧检验，检验计算公式有2个，分别为与下限及上限的比较：

与下限比较时，

与上限比较时，

其中，xTe和xC分别为电解法和杯式法测量均值，SxTe－xC为差值标准误差。

两个单侧检验的P值均小于0.01，拒绝H0，接受H1，表明两种测定方法的测定结果等效。图1反映了一致性检验的两个单侧检验结果。

图 1 3种方法两两一致性检验两个单侧检验结果A.电解法与杯式法间一致性检验；B.红外法与杯式法间一致性检验；C.红外法与电解法间一致性检验。

同理，评价红外法与杯式法测量结果是否等效。拟定红外法与杯式法测量结果是否等效的原假设和备择假设如下：

两个单侧检验的P值均小于0.01，拒绝H0，接受H1，表明两种测定方法的测定结果等效。图 1反映了一致性检验的两个单侧检验结果。

同理，评价红外法与电解法测量结果是否等效。拟定红外法与电解法测量结果是否等效的原假设和备择假设如下：

两个单侧检验的P值均小于0.01，拒绝H0，接受H1，表明两种测定方法的测定结果等效。图 1反映了一致性检验的两个单侧检验结果。图 1中红色竖线为两种方法的差值，该值分别与下限（-0.35）和上限（0.35）比较，3张图的单侧P值都非常低，反映3种方法两两等效。

3 讨论

3.1 3种方法的的测量数据一致性

水蒸气测定仪器经校准膜校准后，电解法与杯式法测量数据等效，红外法与杯式法测量数据等效，电解法与红外法测量数据等效，表明同一样品经3种方法测试，测量数据等效，数据一致性良好。这为今后开展塑料薄膜水蒸气透过量的实验室比对工作提供了一定的技术基础，即对于同一塑料薄膜而言，其水蒸气透过量不仅采用同一方法在不同实验室测定的结果应具有可比性，采用不同测量方法在不同实验室测定的数据也应具有可比性。

3.2 厚度均匀是一致性检验的前提条件

本文在评价3种方法的一致性之前，先对3组样品的厚度做均匀性分析，原因在于对于同一配方和生产工艺制备的膜材，其厚度是判断水蒸气透过量是否均匀的关键指标。为科学评价不同测量方法的数据一致性，首先应排除样品本身不均匀引入的误差。本文中厚度均匀性检验结果显示膜材厚度均匀，表明膜材水蒸气透过量均匀，3种水蒸气透过量测量方法数据具有可比性。否则，当样品的水蒸气透过量不均匀时，3种水蒸气透过量测量方法数据缺乏可比性。

3.3 等效性检验有别于t检验

文中3种方法的一致性检验采用等效检验，而非t检验，原因在于t检验为差异性检验，侧重的是差异，并不能做出相一致的结论。而等效性检验则是根据设定的等效界值，分别对两侧界值进行检验，最终判断是否一致。

3.4 等效界值设定依据

3种方法的等效检验采用的界值为杯式法测量结果的5%，即置信区间为杯式法测量结果的95%~105%。杯式法通过测定无水氯化钙的吸湿变化量（重量变化），评价塑料薄膜的水蒸气透过量。杯式法又可理解为重量法，计量溯源到天平。电解法和红外法作为后续发展的仪器方法，计量都溯源到杯式法。杯式法为研制水蒸气透过量标准物质的基准方法，因而以杯式法的测量结果作为基准数值。5%来源于3种方法判断测量终点的参数，即当相邻3次水蒸气透过量数值变化在5%以内时，可认为测量数值已趋于稳定，测定结果趋于一致，可结束试验。因此，5%的比例差异被视为两个水蒸气透过量数值保持一致的界定指标。本文以杯式法测量结果的5%作为界值进行检验，是对3种方法相对比较严格的一致性评价。

谢兰桂 , 赵霞 , 窦思红 , 孙会敏

中国食品药品检定研究院