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Flächenförmiges Material zum Nachweis von Äthylenoxyd in einer
Umgebung mit mindestens 20% relativer Luftfeuchtigkeit
Die Erfindung betrifft ein Mittel zum Überwachen der Gegenwart von Äthylenoxyd und insbesondere ein flächenförmiges Material zum Nachweis von Äthylenoxyd in einer Umgebung mit mindestens 20% relativer Luftfeuchtigkeit.
Da viele Materialien und Instrumente, die in modernen Krankenhäusern verwendet werden, steril gehalten werden müssen, aber der Hitze und/oder Feuchtigkeit, die bei einem herkömmlichen Dampfsterilisationsverfahren auftreten, nicht widerstehen können, geht man immer mehr dazu über, gasförmiges Äthylenoxyd als sporizides und viruzides Mittel zu verwenden. Äthylenoxyd diffundiert leicht durch Papier, Schachteln und sogar Kunststoffbeutel, in denen Gummi- oder Kunststoffkatheter, Linseninstrumente, Kauterfäden, empfindliche Schneidinstrumente od. dgl. verpackt sein können.
Wenn es in geeigneter Weise verwendet wird, wirkt es nicht nur bei gewöhnlichen Temperaturen für alle bekannten Mikroorganismen tödlich, sondern es ist auch nicht korrodierend, lässt sich durch Belüftung leicht entfernen, leicht handhaben und lagern und hat eine niedrige Toxizität für Menschen. Trotz vieler Vorteile des Äthylenoxyds hat es vor der Erfindung kein zufriedenstellendes Verfahren gegeben, um feststellen zu können, ob eine Verpackung in einem Sterilisationsprozess der Einwirkung von Äthylenoxyd ausgesetzt worden war ; das einzige Verfahren, das vor der Erfindung bekannt war, bestand darin, "Sporenstreifen" in jede zu sterilisierende Verpackung mit einzuschliessen und die Wirksamkeit der Keimabtötung zu untersuchen, ein Verfahren, das sowohl langsam als auch unbequem ist.
Es wurde nun ein einfaches, bequemes, zuverlässiges und verblüffendes Nachweismittel nicht nur zum Überwachen der andauernden Gegenwart von Äthylenoxyd, sondern auch zu augenblicklichen Bestimmung, ob eine Verpackung einem Gassterilisierungszyklus ausgesetzt worden ist, gefunden. Die Erfindung beruht auf der bekannten Reaktion zwischen Äthylenoxyd und wässerigen Lösungen von verschiedenen wasserlöslichen Salzen, insbesondere mit einem Alkali- oder Erdalkalihalogenid, unter Bildung von Äthylenchlorhydrin und Hydroxylionen, vgl. E. Roithner, Monatshefte für Chemie, 15 [1894), S. 666. Die Bildung der Hydroxylionen kann dadurch nachgewiesen werden, dass beim Durchleiten von Äthylenoxyd durch eine solche Lösung entweder der pH-Wert der Lösung zunimmt oder das dem gelösten Salz entsprechende Hydroxyd ausgefällt wird.
Eine Methode zur analytischen Bestimmung von Äthylenoxyd, vgl. F. E. Kerckow, Zeitschrift für Analytische Chemie, 108 [1937], S. 249 ff., macht ebenfalls von dieser Umsetzung des Äthylenoxyds Gebrauch, bedient sich aber einer wässerigen Lösung. Demgegenüber soll erfindungsgemäss auf Basis der vorgenannten Reaktion ein trockenes Nachweismittel, insbesondere ein flächenartiges Material oder Blatt geschaffen werden, mit dessen Hilfe die Gegenwart von Äthylenoxyd in einer Atmosphäre mit mindestens 20% relativer Feuchtigkeit nachgewiesen werden kann.
Gemäss der Erfindung wird nun als solches flächenförmiges Material für eine bequem anwendbare und beobachtbare Form einer Zusammensetzung ein Trägerblatt vorgeschlagen, das als Nachweismittel ein inniges Gemisch von Komponenten enthält, bestehend im wesentlichen aus einem wasserlöslichen Salz, das in gesättigter, wässeriger Lösung einen festen PH-Wert hat, wobei dieses Salz in wässeriger Lösung
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mit Äthylenoxyd unter Zunahme der Hydroxylionen zu reagieren vermag, z. B. ein Alkali- oder Erd- alkalihalogenid, sowie aus einer Verbindung, die bei Zunahme der Hydroxylionen in dem Nachweismittel ihre Farbe ändert. Es wurde nämlich gefunden, dass eine derartige Zusammensetzung in Gegenwart von Feuchtigkeit in der Umgebung vorhandenes Äthylenoxyd dem Auge sichtbar und mehr oder weniger schnell anzeigt.
Geeignete Auswahl der Komponenten ergibt ein System, das die Farbe ändert, wenn das Äthylenoxyd während eines Zeitraumes und bei einer Temperatur vorhanden gewesen ist, die die Tötung von Bakterien, Viren und Sporen verursachen. Ein derartiges Nachweismittel kann gewünschtenfalls auf eine Verpackung gedruckt oder aufgestrichen werden, die sterilisiert werden soll. Im allgemeinen wird jedoch die äthylenoxydanzeigende Zusammensetzung auf flächenförmiges Material, wie z. B. Papier oder polymere Filme, aufgebracht und vorzugsweise auf die Rückseite eines klebrigen druckempfindlichen Klebestreifens aufgebracht, der auch verwendet werden kann, um die Verpackungen zu verschliessen, die zu sterilisierende, für die Verwendung im Krankenhaus bestimmte Gegenstände enthalten.
Das neue, insbesondere streifenartige Produkt macht es daher für einen Beobachter augenblicklich erkennbar, ob eine spezielle Verpackung mit Gas sterilisiert worden ist oder nicht.
Die jeweils bei der Anwendung von Gassterilisationsmethoden befolgte Arbeitsweise kann ziemlich weitgehend variieren. Ein Verfahren benützt beispielsweise einen Arbeitszyklus, der folgende Schritte umfasst : Die zu sterilisierenden Gegenstände werden in eine Druckkammer gebracht, die Kammer wird teilweise evakuiert, ein gasförmiges Gemisch von 20% Äthylenoxyd und 80% Kohlendioxyd wird unter einem Überdruck von 1, 26 kg/cm2 in die Kammer eingeleitet und die Temperatur während eines Zeitraumes von 4 h auf etwa 550C gehalten. Die Gegenwart von Feuchtigkeit hat für das Abtöten von Bakteriensporen kritische Bedeutung ; die relative Feuchtigkeit wird dabei zwischen 20 und 40% gehalten.
Ein anderes Verfahren verwendet einen Zyklus, bei dem die zu sterilisierenden Materialien in ein Gefäss gebracht werden, mindestens 45 min lang auf 20 - 400C vorerwärmt werden, worauf das Gefäss evakuiert, reines Äthylenoxyd eingeleitet und das Material dem Gas eine 1/2 - 4 h lang ausgesetzt wird. Es wird vorausgesetzt, dass die Zeit, während welcher das Material dem Gas ausgesetzt wird, abnimmt, wenn die Temperatur, Gaskonzentration oder der Gasdruck erhöht werden. Demgemäss wird die spezifische äthylenoxydanzeigende Zusammensetzung, die bei der praktischen Ausführung der Erfindung verwendet wird, in gewissem Grade von dem verwendeten Sterilisationszyklus und dem erforderlichen Ausmass der Tötung abhängen.
Hinweise dafür, wie die Zusammensetzungen eingestellt werden können, sind in den nachfolgenden, lediglich erläuternden, jedoch nicht als beschränkend aufzufassenden Beispielen angegeben.
Beispiel l :
Die folgenden Bestandteile wurden in 9, 5 1 Äthanol gelöst :
EMI2.1
<tb>
<tb> 1,8 <SEP> kg <SEP> Polyvinylpyrrolidon <SEP> (gepulvert)
<tb> 3,38 <SEP> kg <SEP> einer <SEP> 50%igen <SEP> Isopropanollösung <SEP> eines <SEP> Mischpolymerisats <SEP> von <SEP> Vinylpyrrolidon <SEP> und <SEP> Vinylacetat <SEP> 30 <SEP> : <SEP> 70
<tb> 0, <SEP> 108 <SEP> kg <SEP> Malachitgrünoxalat <SEP> (dieser <SEP> Säure-Base-Indikator <SEP> ändert <SEP> sich <SEP> von <SEP> grün <SEP> zu <SEP> farblos, <SEP> wenn
<tb> der <SEP> pu-Wert <SEP> ungefähr <SEP> von <SEP> 11,5 <SEP> auf <SEP> 13 <SEP> gesteigert <SEP> wird).
<tb>
In die obige Lösung wurden dann 1, 08 kg Titandioxyd eingerührt.
0, 951 Wasser und 0, 951 Glycerin wurden getrennt miteinander vermischt und 0, 54 kg Kaliumjodid zugesetzt. Nach dem Merck-Index hat eine wässerige Lösung von Kaliumjodid einen PH-Wert von 7 bis 9. Diese Lösung wurde nun in der im vorhergehenden Absatz beschriebenen Lösung gelöst, wonach das Lösungsgemisch durch Zugabe von Äthanol auf 19 l verdünnt wurde.
Eine nassgekräuselte Halbpergaminpapierunterlage, die aus stark gemahlenen Papierfasern hergestellt und praktisch ohne andere Bestandteile war, wie in der USA-Patentschrift Nr. 2, 940, 591 be- schrieben, wurde mit der gemäss dem vorstehenden Absatz hergestellten Lösung überzogen, wobei zum Aufbringen der Lösung ein "No. 150 Mueller Ruling Mill Cylinder" verwendet wurde. Der Bogen wurde als nächstes mit einemDiagonallinienmusterzylinder überdruckt, der 3, 175 mm x 76, 2 mm grosse Streifen aufbrachte, die annähernd 11 mm voneinander entfernt waren.
Die Überdruckmasse wurde hergestellt, indem 12, 5 I einer 35% gen Lösung in Xylol-Butylalkohol-Butylacetat von Nitrocellulose, die mit 35 Gew.-% Trikresylphosphat, bezogen auf die Nitrocellulose, weichgemacht war, 6, 4 I Butylacetat, 100 g Malachitgrünoxalat und 1050 g Titandioxyd gemischt wurden. Das bedruckte Papier wurde dann mit einem Polyurethanrückseitenüberzug von niedrigem Haftvermögen des in der USA-Patentschrift Nr. 2, 532, 011 beschriebenen Typs überzogen, wobei ein "No. 180 Ruling Mill Cy linder"verwendet wurde.
Die Bahn wurde dann bei 1200C während etwa 1/2 min getrocknet und die entgegengesetzte Oberfläche wurde dann mit einem stark klebrigen druckempfindlichen Streifenklebstoff aus Gummiharz
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in einer dem Fachmann wohlbekannten Weise überzogen. Der Streifen wurde danach in gewünschte Breiten zerschnitten und in Rollenform auf sich selbst aufgewickelt, wobei der rückseitige Überzug mit niedrigem
Haftvermögen leichtes Abwickeln ohne Übertragung der gefärbten Überzüge von der Rückseite auf den klebrigen Klebstoff gestattete.
Die Rückseite des oben beschriebenen Streifens hatte eine gleichmässig mittelgrüne Farbe ; wurde der
Streifen während 2 h bei 700C unter einer Atmosphäre Druck einer Atmosphäre ausgesetzt, die 12% Äthylenoxyd und 88% Kohlendioxyd bei 40% relativer Feuchtigkeit enthielt, verblasste die zuerst aufge- brachte grüne Farbe, wobei nur die mittelgrünen Streifen, die sich diagonal über die Rückseite erstrecken, zurückblieben. Das feuchtigkeitsbeständige Nitrocellulosebindemittel verhinderte einen Farbwechsel im
Gebiet der Streifen, während das wasserlösliche Bindemittel auf Polyvinylpyrrolidongrundlage einen
Farbwechsel im zuerst aufgebrachten Überzug gestattete, wobei dasTitandioxyddenFarbkontrast steigerte.
Da Malachitgrün bei allen PH-Werten über 13 farblos ist, hat sogar eine übermässige Einwirkung von Äthylenoxyd keine weitere Wirkung auf das Aussehen des Streifens.
Wünschenswerterweise soll der Streifen so aussehen, dass er nicht leicht mit nichtanzeigenden druck- empfindlichen Klebstreifen verwechselt werden kann, weder vor noch nach der Einwirkung von Äthylen- oxyd. Wo der Indikator einem Typ angehört, der von einer Farbe zur andern Farbe wechselt (statt von gefärbt nach farblos, wie in diesem Beispiel, oder umgekehrt), ist nur ein Farbüberzug notwendig, da sowohl die ursprüngliche als auch die veränderte Farbe von den ändern Streifenarten verschieden ist. Ein gleichmässiges Aussehen kann erzielt werden, indem man entweder die ganze Rückseite überzieht oder jedes beliebige gewünschte Muster darauf anbringt.
Die neue Streifenstruktur nach dem vorstehenden Beispiel stellt die gegenwärtig bevorzugte Aus- führungsform der Erfindung dar. Für viele Zwecke wirkt jedoch ein viel einfacherer Aufbau ebenso zu- friedenstellend. Beispielsweise kann eine Lösung von Wasser, Kaliumjodid und Malachitgrün direkt auf eine Unterlage aufgebracht, getrocknet und verwendet werden, um Äthylenoxyd in der Umgebung fest- zustellen, wobei die sehr grosse Wasserlöslichkeit von Malachitgrün (weniger als 1 Teil Wasser ist er- forderlich, um 1 Teil des Indikators zu lösen) die Verwendung eines Befeuchtungsmittels in den meisten
Fällen unnötig macht. In ähnlicher Weise können solche Bestandteile direkt dem Holländer einer Papier- maschine zugesetzt werden, um ein billiges, für die praktische Ausführung der Erfindung geeignetes
Produkt zu schaffen.
Im Hinblick darauf, dass alle zu einem Farbwechsel führenden Reaktionen gewöhnlich allein mit
Hilfe der atmosphärischen Feuchtigkeit stattfinden müssen, ist es sehr wünschenswert, solche Indikatoren zu verwenden, die in Wasser wenigstens"etwas löslich"sind, d. h., in 30 - 100 Teilen Wasser löslich sind (vgl. die Erläuterung der "Löslichkeit" in Hackh's Chemical Dictionary). Wenn der Säure-Base-
Indikator vor dem Farbwechsel"unlöslich"ist, d. h. wenn mehr als 10000 Teile Wasser je Teil Indi- kator nötig sind, um eine Lösung zu erhalten, ist es schwierig, in dem weiten, allgemein gebräuchlichen
Anwendungsbereich der Gassterilisierungsbedingungen stets eine genügend grosse Feuchtigkeitsmenge zu haben, so dass der Farbwechsel stattfinden kann.
Sogar wenn derartige Indikatoren ihre Farbe wechseln, neigen sie dazu, wieder zu ihrem ursprünglichen Farbton zu"verblassen", wobei die Abscheidung der unlöslichen Form zu einer Verschiebung des üblichen Gleichgewichtes zur sauren Seite drängt. Ferner wird durch das während der Sterilisation gewöhnlich in übermässigen Mengen vorhandene und in der
Atmosphäre immer gegenwärtige Kohlendioxyd dieses Phänomen noch verstärkt.
Beispiele von nun- löslichen" Indikatoren, wie sie im Merck-Index von 1959 angeführt sind, sind Phenolphthalein und
Thymolphthalein ; wenn solche Indikatoren verwendet werden, ist es wesentlich, einen entsprechenden
Feuchtigkeitsüberschuss sicherzustellen, u. zw. durch Verwendung eines Befeuchtungsmittels, eines hy- groskopischen Salzes (das auch das mit dem Äthylenoxyd reaktionsfähige Salz sein kann) od. dgl.
In manchen Fällen ist es jedoch sogar möglich, solehe"unlösliche"Säure-Base-Indikatoren in Zusammen- setzungen zu verwenden, die nach der Einwirkung von Äthylenoxyd ohne sichtbare Wirkung die Farbe wechseln, wenn sie destilliertem Wasser oder Dampf ausgesetzt werden, wodurch zeitweilig genug
Wasser vorhanden ist, um den Indikator zu lösen und ein ionisierendes Medium zu schaffen.
Bei der Zusammensetzung der äthylenoxydanzeigenden Materialien können verschiedene Modifi- kationen gemacht werden, um die Geschwindigkeit des Farbwechsels zu regeln. Beispielsweise führt die
Gegenwart eines Bindemittelmaterials, sogar wenn es wasserlöslich ist, häufig zu einer Verzögerung der multiplen Reaktionen. In ähnlicher Weise erhöht die Herabsetzung der Salzmenge auf ein Zwanzigstel der in Beispiel 1 angegebenen Menge die für einen gegebenen Farbwechsel bei einer gegebenen Konzen- tration von Äthylenoxyd und Feuchtigkeitsdampf erforderliche Zeit um einen Faktor von etwa 5.
Die mehr oder minder grosse Nähe des PH-Wertes einer gesättigten Lösung des Salzes zum Farbwechselinter-
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vall des Indikators beeinflusst ebenfalls die Geschwindigkeit des Farbwechsel ; es wird dabei im allgemeinen bevorzugt, einen Abstand von mindestens 2 PH-Einheiten einzuhalten, um eine unerwünscht schnelle Wirkung zu vermeiden. Wenn der pH-Wert der gesättigten Salzlösung für den gewünschten Indikator zu hoch ist, kann genügend nichtflüchtige Säure hinzugegeben werden, um den PH-Wert auf einen geeigneteren Wert zu senken. In gleicher Weise kann eine gemischte Indikatorzusammensetzung verwendet werden, um eine Reihe von Farbwechseln bei steigendem PH zu geben und noch feinere Überwachungsvorgänge zu gestatten.
Beispiel 2 : In einer Lösung, die aus 210, 0 g Äthanol, 60, 0 g Glycerin und 90, 0 g Wasser bestand, wurden 2, 4 g Thymolphthalein und 83,0 g des quaternären Salzes Polydiäthylaminoäthylmethacrylatmethylbromid ge- löst. Der letztgenannte Bestandteil vereinigt die Funktionen von Bindemittel, mit Äthylenoxyd reaktionsfähigem Salz und in einem geringeren Grade eines Befeuchtungsmittels. Die Lösung wurde dann auf Filterpapier in Form eines Überzuges aufgebracht und an der Luft getrocknet, wobei der Überzug das Papier etwas durchscheinend machte, jedoch sonst nicht sichtbar war. Das überzogene Papier wurde dann bei einer relativen Feuchtigkeit von 20% und einer Temperatur von 600C einer Atmosphäre ausgesetzt, die 201o Äthylenoxydgas und 80% Kohlendioxyd enthielt.
Nach 2 h hatte das überzogene Papier eine tief blaue Farbe.
Beispiele 3 - 10 :
Die Zusammensetzungen der folgenden Beispiele wurden zubereitet, indem ein Salz und ein SäureBase-Indikator zu einer Stammlösung gegeben wurden, die durch Vermischen von 1, 6 Gew.-Teilen Polyvinylpyrrolidon, 3, 4 Gew.-Teilen Äthanol, l Gew.-Teil Glycerin und 1, 5 Gew. -Teilen Wasser her- gestellt worden war. In jedem Fall wurde der Indikator in einer Menge zugegeben, die 6,7 mg je g Stammlösung entsprach ; das Salz wurde in einer Menge zugegeben, die 0, 8 mg-Äquivalenten je g Stammlösung entsprach. Einzelne Zusammensetzungen, die aus Stammlösung, Indikator und Salz hergestellt worden waren, wurden auf Filterpapier in Form eines Überzuges aufgebracht und an der Luft getrocknet.
Wenn das Papier bei einer relativen Feuchtigkeit von 20% und einer Temperatur von 600C 2 h lang den Umgebungsbedingungen von 20% Äthylenoxyd und 80% Kohlendioxyd ausgesetzt wurde, trat der Farbwechsel, wie beschrieben, ein.
EMI4.1
<tb>
<tb>
Beispiel <SEP> Salz <SEP> Indikator <SEP> Farbe <SEP> vor <SEP> der <SEP> Farbe <SEP> nach <SEP> der
<tb> Einwirkung <SEP> Einwirkung
<tb> 3 <SEP> SnCl2+ <SEP> Metakresolpurpur <SEP> Rot <SEP> Gelb
<tb> 4 <SEP> AlCl3.
<tb>
6Hz <SEP> 0 <SEP> Bromthymolblau <SEP> Gelb <SEP> Grün
<tb> 5 <SEP> LiBr <SEP> Metakresolpurpur <SEP> Gelb <SEP> Grün
<tb> 6 <SEP> KSCN <SEP> Metakresolpurpur <SEP> Gelb <SEP> Dunkelblau
<tb> 7 <SEP> CH3 <SEP> COONa <SEP> Metakresolpurpur <SEP> Dunkelgrün <SEP> Purpur
<tb> 8 <SEP> Na2 <SEP> Sz <SEP> 03 <SEP> 11etakresolpurpur <SEP> Gelb <SEP> Dunkelgrün
<tb> 9 <SEP> MgBr.
<tb>
6H2 <SEP> 0 <SEP> Metakresolpurpur <SEP> Orangegelb <SEP> Dunkelgrün
<tb> 10 <SEP> NaHPO <SEP> Alizaringelb <SEP> Orangegelb <SEP> Tief <SEP> rötlichbraun <SEP>
<tb> (10h, <SEP> 750C) <SEP>
<tb>
Es wurde genügend HCl zugegeben, um das gebildete Sn(OH) zu lösen.
Eine andere Anwendungsform für Zusammensetzungen, die bei der praktischen Ausführung der Erfindung verwendet werden, kann zum Nachweis der Anwesenheit von freiem Äthylenoxyd in wässerigen Medien, beispielsweise Augentropfen, dienen. Dabei ist es zweckmässig, einen Tropfen des zu untersuchenden Materials auf das Äthylenoxyd-Nachweismittel zu bringen und während mehrerer Minuten die Berührung aufrecht zu erhalten.
Es können auch andere Mittel als Säure-Base-Indikatoren verwendet werden, um eine sichtbare Ver- änderung in den Zusammensetzungen und Strukturen zu erzeugen, die bei der praktischen Durchführung
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dieser Erfindung verwendet werden. Beispielsweise ist gefunden worden, dass Cuprichlorid, das mehr oder weniger chartreusefarben ist, ein grünes Produkt ergibt, wenn es Äthylenoxyd in Gegenwart von Feuchtigkeit ausgesetzt wird, vermutlich wegen der Gegenwart einer wesentlichen Menge von blauem Kupferhydroxyd ; eine längere Einwirkung kann ein vollständig blaues Produkt ergeben. In ähnlicher Weise reagiert Kobaltochlorid, das blau ist, wenn es wasserfrei ist, und rot, wenn es hydratisiert ist, mit Äthylenoxyd in Gegenwart von Feuchtigkeit unter Bildung eines bräunlich-schwarzen Produktes.
Andere wasserlösliche Metallsalze, deren Hydroxyde eine abweichende Farbe haben, können ebenfalls verwendet werden, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Flächenförmiges Material zum Nachweis von Äthylenoxyd in einer Umgebung mit mindestens 20% relativer Luftfeuchtigkeit, daduich gekennzeichnet, dass es auf einem Trägerblatt als Nachweismittel ein inniges Gemisch von Komponenten enthält, bestehend im wesentlichen aus einem, an sich zum Nachweis von Äthylenoxyd bekannten, wasserlöslichen Salz, das in gesättigter, wässeriger Lösung einen festen PH-Wert hat, wobei dieses Salz in wässeriger Lösung mit Äthylenoxyd unter Zunahme der Hydroxylionen zu reagieren vermag, z. B. ein Alkali- oder Erdalkalihalogenid, sowie aus einer Verbindung, die bei Zunahme der Hydroxylionen in dem Nachweismittel ihre Farbe ändert.