CN101227931A - 消毒蒸气冷凝点的检测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对使用蒸发消毒剂实行的细菌杀灭进行检测的方法，包括生成消毒剂/水蒸气的步骤和向要消毒的封闭空间供应所述蒸气的步骤。持续供应消毒剂蒸气，以提高所述封闭空间中的消毒剂浓度；监测蒸气中的消毒剂浓度，确定何时浓度的变化率下降到预定最低水平，当出现这种情况时显示已经发生了冷凝，这会对所述空间内存在的任何细菌产生杀灭效果。然后终止消毒剂蒸气的供应。

Description

消毒蒸气冷凝点的检测

本发明描述了一种确定气体生物消毒过程是否已经成功的技术。

本发明处理的问题是一种确定对消毒室实施的生物消毒何时已完全成功的方法。显示生物消毒已经达成目的最常用的技术是使用生物指示剂(BIs)(见《杀菌，消毒，及保藏》，第5版，Block，LippincottWilliams&Wilkins著，p22，以及《杀菌，保藏及消毒原理与实践》，第3版，Russell，Hugo及Ayliffe著，Blackwell Science出版社，p708)。这些BIs是一些小的取样管，通常直径约10mm，使用不锈钢制造，并且接种了约一百万株细菌芽孢。内孢子通常被公认为一种更具耐药性的耐药菌，因而被选择用于这一目的。BIs被放置在要消毒的消毒室内的各个地方，然后在气体处理期结束时被取走，或放入培养基然后进行孵育来观察是否还有孢子依然存活，或放入缓冲溶液然后估算存活孢子的数量。BIs的使用非常耗时，当它们被放入培养基时，通常至少要七天之后的结果才能被认为是可靠的结果。将BIs放入缓冲溶液后对存活孢子的数目进行估算的过程也是一个劳动密集型的过程，且结果也不是立即可用。

确定气体消毒是否已经成功所耗费的时间(由于分析方法造成的延误)造成的一个结果是，为了确保总体的完全杀菌，通常在实践中要使用过量的气体，并使消毒室暴露在消毒气体中的时间超过必要的时间。在未能对所述BI上的孢子达成杀灭效果的情况下，该消毒过程将必须被重复，从而使得所述生物消毒过程的时间被双倍延长。由于消毒室长时间暴露在过量气体中，将增加消毒过程结束时用来从消毒室中去除气体所需要的时间，因而进一步增加了整个循环的时间。

如果有一种能够确定所述气体处理过程中微生物已经被杀死的时间点的方法，该方法将会极有好处，因为它不但可以缩短循环时间，还会消除消毒过程是否已经成功的不确定性。

如果一定数量的微生物处在足以引起杀灭的持续应激水平下，则以下规律是公认的，即，将存活数量减少一个系数为10的数量级所需时间都是相同的。因此如果初始数量为1,000,000，且该数量在2分钟内被减少到100,000，则再过2分钟，存活数量将降低到10,000。获得存活数量10倍降低(有时也称作1个对数降低)所需的时间被称为“D”值(见《杀菌，消毒，及保藏》，第5版，Block，LippincottWilliams&Wilkins著，p82-83)。微生物的死亡动力学并不总是严格线性的，但“D”值概念在微生物学领域被广泛接受。

过氧化氢蒸气已经成为制药工业中用作气体生物消毒的主要选择(见Lysford J.ISPE贸易壁垒会议，2004年五月，华盛顿)，因为其过程快，可靠并且不会残留。它还具有对环境友善的特性，因为这种蒸气在消毒过程结束时可转化为水和氧气。已经确定一旦达到正确的应激水平，嗜热杆菌内孢子的“D”值小于2分钟(见《杆状菌类普通环境孢子对过氧化氢蒸气的抵抗力》，Kokubo M.等，PDA J.ofPhar.Sci.&Tech.52卷，1998年九/十月刊，p228-231)。因此，如果测试数量为1,000,000个微生物，则，一旦建立了正确的应激水平，将在12分钟内完成生物消毒。出于本讨论的目的，我们将考虑如何找到气体过氧化氢消毒循环中已经达到所需应激水平的那个时间点，但同样的理论也适用于其他气体消毒过程和其他的微生物。

本发明提供了一种对使用蒸气消毒剂实施的细菌灭杀进行检测的方法，包括如下步骤：生成消毒剂/水蒸气并在要消毒的封闭空间内供应所述蒸气；持续供应所述消毒蒸气以提高所述封闭空间内消毒剂的浓度；监测蒸气中消毒剂的浓度，确定何时浓度的变化率降低到预定的最低水平，当出现这一情况时暗示已经发生了冷凝，这会导致对所述空间内任何存在的细菌产生杀灭的效果；以及终止消毒剂蒸气的供应。

所述消毒剂/水蒸气预定的最小浓度变化率可为正变化率或负变化率。

在以上任意一种方法中，对所述封闭空间内的气氛温度都可进行监测，在温度上升时持续向所述封闭空间供应消毒剂/水蒸气，直至浓度变化率降低到所述预定水平。

并且在以上任意一种方法中，可向消毒室供应所述消毒剂/水蒸气，从而在升高所述消毒室中消毒剂浓度时引起消毒室内多种气氛变化。

以下是本发明的一些特定实施例的描述，并对附图进行了引用，其中：

图1是封闭消毒室以及连接到该消毒室对消毒室内部及其中容纳的物体进行消毒的消毒线路的简图，此消毒过程使用一种载带液体消毒剂水蒸气的气体，所述线路有两台泵或风扇；

图2是描绘一个实际范例中所输送气体浓度的比例曲线图；

图3是针对理想气体条件下绘制的气体浓度曲线图；

图4是显示针对实际房间气体处理的气体浓度曲线图，它显示了气体处理开始时浓度的初始上升以及一旦开始冷凝后曲线的变平情况；

图5是和图3类似的曲线图，它把理论和测得的气体浓度曲线合在了一起；

图6和7是显示对房间中气体浓度进行测量所获得的测试结果曲线，以及达成杀灭效果后按定时时间间隔取走特定生物指示剂所获得的测试结果曲线。

设备包括密封消毒室10，以及通常被包括在位置11的设备，该设备集成对所述封闭消毒室10进行去湿，消毒以及通风的双重线路。载气，即空气，以及一种或多种消毒气体通过密封连接从所述密封消毒室吸入所述设备，所述密封连接将消毒室和设备以一种不固定的方式连接。

所述设备包括气流线路12，此线路连续地包含气体监测器13，温度和湿度监测器14，以及流量测量装置15。所述气体监测器是能够发出气体浓度的比例信号的电化学单元，或者可以是近红外分光光度计。合适的温度和湿度传感器14通常可作为单独的商业仪器获得，且任何能够抗过氧化氢蒸气腐蚀的此类装置均适用于此应用。最适合的，且最节省成本的流量测量系统15基于对气体流动的一个限制环节(典型情况下为孔板)两侧压力差所进行的测量。

连接到所述封闭消毒室的是浓度测量系统16。专用系统不太容易获得，但已经发展了相关的技术，这些技术依靠所述消毒室内一个表面的反射率变化来指示所形成的冷凝物块。备选技术可包括安装在所述消毒室外表面上的测量设备。

在所述流量测量系统的下游所述线路分成两条平行的分支17，18。每条分支分别有一个风扇18，19，且每台风扇都有一个与之相连的止回阀21。由于强制流通气体环绕所述系统流动所需的压力通常都不大，因此标准的变速离心风扇即可满足这种应用的需要。止回阀是必需的，以确保没有方向错误的回流。简单的挡板装置是此应用所需的全部装置。在第一条平行分支17中，系统22被用来使载气中一种或多种消毒气体钝化并将其从载气中去除，并且还有系统23来使气流去湿。在去湿系统的下游是加热器24，用来升高循环气体的温度。消毒气体的钝化系统包括催化剂床，它把所述蒸气分解成无害成分。对于过氧化氢气体，合适的催化剂是惰性小球上的钌，它把气体分解成水蒸气和氧气。可采用干燥剂型干燥器来执行去湿过程，但更适合的技术是采用制冷系统来降低气体的温度。温度的降低会导致水蒸气和分解产物一起凝结。之后得到的冷凝物和分解产物可被泵抽走。在去湿之后，需要将所述流通气体升温，为了这一目的，在去湿器的下游放有电子加热器24或其他加热装置。在第二条平行分支中，加热器25在气体进入蒸发器26之前使其温度升高，在蒸发器中液体消毒剂通过加热被转化成蒸气。液体消毒剂供应装置27控制着进入所述蒸发器的液体流。所述加热器25可与另一个加热器24具有相似的构造。所述蒸发器是一个闪蒸器，在其中液体消毒剂在重力作用下呈液体流的形式滴落在加热表面上，从而被蒸发。来自所述消毒剂供应装置的液体流通过变速泵以选定的速度滴落在加热的表面上，变速泵由流速测量系统控制。进入封闭消毒室10的气体温度在位置28采用标准的温度探头测量。所述消毒室10的进气口通过气体分配系统29，此系统包括旋转喷嘴装置，该装置将高温高速的气体喷射到所述消毒室的每个部分。在此线路中，除了控制气体压力的系统，还提供了根据需要升高或降低压力的系统。

对封闭空间进行消毒的方法包括如下步骤，首先降低所述封闭空间内的相对湿度，然后使含有一种或多种消毒气体水蒸气的载气流通，最后去除所述一种或多种消毒气体。要确保所述封闭消毒室内所有的表面都具有相同的干燥状态，降低相对湿度的第一阶段必不可少。在第二阶段，所述一种或多种消毒气体被升高温度后再送入所述封闭的消毒室，其目的在于使尽可能多的消毒剂能够被送入封闭的消毒室。在第三也即最后一个阶段，所述一种或多种消毒气体的去除通过如下方式实现：将清洁干燥的载气通过所述封闭消毒室，从而带走一种或多种活性气体。

第一阶段降低湿度阶段可分为两部分，第一部分将相对湿度降低到预定值，而第二部分则将湿度保持在这个值，从而使所述封闭的消毒室达到稳定状态。

相似地当一种或多种气体进入所述封闭的消毒室时第二阶段也分为两部分。第一部分是升高浓度，并达到在表面产生冷凝所需要的浓度级别，而第二部分是一个保压部分，在这一部分使冷凝能够对微生物起作用。在第二阶段的第一部分对冷凝水平进行测量，当它达到所要求的水平时，所述一种或多种消毒气体的供应被停止，但所述载气和与之相关联的饱和蒸气继续流通。流通的饱和蒸气防止冷凝层蒸发，使液体膜对微生物持续起作用。

在第三即最后的消毒循环阶段，所述载气和所述一种或多种消毒气体一起通过一个使活性气体变得无害的系统，从而使活性气体能够被去除，并同时在去湿器中去除水蒸气。清洁的载气又被返回到所述封闭的消毒室，在这里它采集更多的活性气体，从而进一步降低活性成分的含量水平。这个过程一直持续，直到所述活性成分降低到可接受水平之下。

已经证明(见Watling ISPE贸易壁垒会议，2000年五月，华盛顿)一旦形成了一层非常精细的冷凝物，就会对微生物达到临界应激水平。这层冷凝物厚度级别可能为1到2微米，并且对肉眼不可见。由于要对这样精细的一层冷凝物进行检测所存在的困难，通常没有现成的具有足够精度的商业仪器可用来指示这样一个冷凝物层何时已经形成。Watling对过氧化氢和水蒸气与它们的冷凝之间的关系已经做过分析(见《表面消毒中使用的过氧化氢气体和水蒸气冷凝的理论性分析》，Watling等著，PDA J.of Phar.Sci&Tech.第56卷，2002年11/12月刊，p291-299)。Watling研究出的方程式显示冷凝的第一颗水珠浓度可能高于所述导致高气体浓度的蒸发液体，一旦冷凝层增加，该气体浓度即降低。这种高水平的气体浓度只会在小消毒室中发生，这种情况下在其上形成冷凝的各个表面的温度是相等的，且气体的温度要明显高出所述消毒室壁的温度。在气体会在气室中冷却的较大的消毒室中，通常在冷凝过程的开始没有气体冷凝的尖峰。

随着所输送的气体取代消毒室中空气/空气和气体的混合物，消毒室中过氧化氢气体的浓度将会升高。用来计算气体浓度上升速度的标准公式来源于如下公式：

被去除的空气的比例＝l-e^-N

其中，N为空气改变的次数，也是用消毒室的容积除以指定时间内所供应空气的总体积的得数。

因此，消毒室中过氧化氢的浓度将由以下公式得出：

浓度＝C{l-e^-N}

(见《表面消毒中使用的过氧化氢气体和水蒸气冷凝的理论性分析》，Watling等著，PDA J.of Phar.Sci&Tech.第56卷，2002年11/12月刊，p291-299)。

其中C是所输送气体的浓度。

现在对附图的图2进行引用，其中显示了消毒室中的气体浓度曲线图。更特别地，它是针对消毒室中空气改变的输送气体浓度比例曲线图。

从此图中应该注意到消毒室中的气体浓度在经过约6次空气改变后将上升到输送浓度。要使气体过氧化氢生物消毒有效，必需向消毒室输送气体浓度高于饱和蒸气压力的气体。如较早所示这要求所输送气体的温度高于消毒室内的温度。在实践中过氧化氢气体是通过将水溶液进行蒸发而得来的，蒸发时采取这样的方式，即，所产生的蒸气具有的浓缩倍数(按重量计)和源液体相同。

假设向消毒室输送的气体浓度高于处于消毒室温度的饱和蒸气压力，则形成的冷凝将与形成蒸气阶段平衡。过氧化氢平衡的蒸气压力将取决于这一过程开始时消毒室内的温度，蒸发的过氧化氢水溶液浓度，以及消毒室内空气中的水分含量。因此气体浓度不会达到所提供的气体浓度，而作为一种替代，气体浓度在饱和蒸气压力下会达到一个稳定水平。这种变平显示已经形成冷凝，且微生物上的应激水平已经达到发生快速而可靠的杀灭的水平。由于以所需的精度对消毒室中的水和过氧化氢蒸气浓度进行测量存在的困难，因此要通过使用仪器来找到那个冷凝发生的点也很困难。250℃下RH改变2.5个百分点将使过氧化氢饱和蒸气浓度改变约10％。

在实践中输送到消毒室的过氧化氢气体浓度所具有的等级应为3500ppm或更高，且饱和蒸气压力应为约450ppm。因此在理想气体条件下气体浓度将和图2所示的浓度相似，图2是描绘理想气体浓度曲线的曲线图，而更特别地，气体浓度和消毒室中的空气改变相关。但由于温度的微小变化，以及使进入消毒室的气体达成理想混合所存在的困难，该气体浓度曲线将显示出一个过渡阶段。图3是显示来自实际房间气体处理的气体浓度曲线的曲线图，它显示了气体处理开始时浓度曲线升高和冷凝已经开始后浓度曲线变平之间典型的过渡。

在已知房间尺寸，液体蒸发率，消毒室的起始RH(相对湿度)，以及消毒室温度的情况下，可以计算出理论的气体浓度曲线。人们已经进行过这种计算，其结果在图4中和测量到的气体浓度一起显示。

应该注意到在以上的曲线中实际的气体浓度曲线在40分钟后开始变平，这显示已经发生了冷凝；由于气体混合的不理想，以及消毒室中温度的变化，而导致了理论预计气体浓度曲线的这种延迟。

曲线的变平显示已经开始冷凝，并因此已经获得了能够杀灭微生物所需的应激水平。理论上如果气体处理循环继续进行“D”值的六倍长的时间，则应该已达成生物消毒。在实践中，由于在过渡阶段冷凝优选地在微生物上形成，因此在曲线变平前即可发生杀灭(尤其在房间和大的消毒室中)(见ISPE贸易壁垒，2002年阿灵顿隔离技术论坛，Watling，为什么要费心理解闪蒸过氧化氢的特性？)。但是，为了在曲线变平后等于D值六倍的时间长度内确保发生杀灭，保持冷凝的临界水平是明智之举。在假定最大为10m³的较小消毒室中，气体浓度将快速升高，经常在短于D值6倍的时间内就达到饱和，因此在这些较小的消毒室中保持该饱和状态是必不可少的，并从而使变平的气体浓度曲线在足够长的时间内达成所需的杀灭。对气体浓度曲线变平的观察既可直观地进行，也可通过使用一些对数计算软件来进行，这些软件将把记录到的数据拟合到一条曲线上，然后找到气体浓度停止上升的时刻。这会得出冷凝何时一定已经达到所述临界杀灭水平的时刻。

我们进行了两次实验来对一个房间内的气体浓度进行测试，并按定时的时间间隔内取走嗜热杆菌生物指示剂，以确定何时达成杀灭的时间点。所述房间的容积大约为110m³，而过氧化氢蒸发率为12g/分钟。房间的初始温度为230℃，起始相对湿度为38.5％，且环境温度为18.60℃。通过位于房间窗户上的手套孔进行工作，在气体处理开始20分钟后，以5分钟的定时时间间隔将BIs放入培养基。在取走后所述BIs被放入培养基，并在14天内每天检查其生长情况。对于气体处理阶段头30分钟内取走的样品看到了培养基的混浊，而之后取走的样品则没有生长。

图5和6用图形显示了结果。每条曲线上都标出了杀灭和生长区域，显示一旦曲线已经大体上变平，即获得了杀灭效果。变平之后任何附加的时间都将增加杀灭循环的可靠性。

Claims (5)

1.一种对使用蒸气消毒剂实施的细菌杀灭来进行检测的方法，包括如下步骤：生成消毒剂/水蒸气，并在要消毒的封闭空间内供应所述蒸气；持续供应所述消毒蒸气，以提高所述封闭空间内消毒剂的浓度；监测蒸气中消毒剂的浓度，确定何时浓度的变化率降低到预定的最低水平，当降低到此预定的最低水平时则表示已经发生了冷凝，这会导致对所述空间内存在的任何细菌产生杀灭效果；以及，终止消毒蒸气的供应。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述消毒剂/水蒸气浓度的预定的最低变化率为正的变化率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述消毒剂/水蒸气浓度的预定的最低变化率为负的变化率。

4.根据以上任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述封闭空间内的气氛温度受到监测，并且在温度上升时持续向所述封闭空间供应消毒剂/水蒸气，直至浓度变化率降低到所述预定的水平。

5.根据以上任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，向所述消毒室供应所述消毒剂/水蒸气，从而在提高所述消毒室中的消毒剂浓度时，引起所述消毒室内多次气氛变化。

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