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Verfahren zur Sterilisation und Desinfektion unter Verwendung von
ithylenoxyd-Gas-Gemischen Athylenoxyd wird für Sterilisations- oder Desinfektionszwecke
in Mischung mit einem inerten Gas verwendet. So z. B.
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I. 1001o Äthylenoxyd und 90010 CO2, II. 200/0 Äthylenoxyd und 80°/o
einesFluorkohlenwasserstoffes, III. 9001o Äthylenoxyd und 10°/o CO2.
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Die Gemische I und II sind nicht entfiammbar und daher ohne Änderung
im Mischungsverhältnis nicht explosibel; Gemisch III hingegen ist expiosibel. Bisher
sind drei Verfahren zur Sterilisation mit Äthylenoxydgemischen bekannt, und zwar
A. Verfahren unter Verwendung von Gasgemisch 1 oder II und Überdruck, B. Verfahren
unter Verwendung von Gasgemisch III, C. Verfahren unter Verwendung von Gasgemisch
1 und Überdruck.
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Bei Verfahren A wird eine das Sterilisiergut enthaltendeDruckkammer,
deren Wände beheizt werden können (Temperaturbereich 24 bis 540 C), bis auf 28 inch.
Hg = 71 Torr evakuiert; anschließend wird die Kammer mit dem Gasgemisch 1 oder II
bis zu einem Überdruck von 2 atü gefüllt. Die relative Feuchte des Sterilisiergutes
soll dabei 30 bis 600/0 betragen, weshalb kein höheres Vakuum als 90°/o und nicht
länger als 5 Minuten gezogen wird, was für den Sterilisationseffekt nach Angabe
amerikanischer Autoren optimal gilt. Die Sterilisationszeit beträgt 4 bis 8 Stunden.
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Nach Verfahren B wird die Sterilisierkammer nur bis auf 720 Torr
evakuiert, dann mit Gasgemisch III bis zum Ausgleich mit dem Atmosphärendruck gefüllt.
Die Luftfeuchtigkeit im Innern der Kammer wird durch Befeuchter (z. B. mit Wasser
getränkte Gummistücke) künstlich erhöht. Die Temperatur wird durch Beheizen der
Kammerwände auf eine beliebige Höhe im Bereich bis 700 C gebracht oder auf der Höhe
der Raumtemperatur belassen. Die Sterilisationszeiten liegen zwischen 8 und 24 Stunden,
wobei sich die Prüfung auf erreichte Sterilität - soweit Literaturangaben hierüber
vorliegen - bei Verfahren A und B nicht auf die Abtötung von Erdsporen bezog; als
Testorganismen dienten vielmehr vegetative Bakterienformen oder reine Sporensuspensionen
in wäßrigen Medien.
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Das Verfahren C arbeitet mit Gasgemisch 1; ein Evakuieren der Sterilisationskammer
findet nicht statt. Das Verfahren arbeitet mit einem Überdruck von 5 bis 6 atü und
Temperaturen von 45 bis 850 C.
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Die Verdampfungsvorrichtung für das flüssige Athylenoxyd-CO2-Gemisch
wird auf dieselbe Temperatur vorgeheizt wie die Sterilisationskammer. Bei Erreichen
der eingestellten Temperatur strömt das Gasgemisch in die Kammer. Ein mit Wasser
getränktes und in die Kammer eingelegtes Schaumgummistück soll der Befeuchtung des
Sterilisiergutes dienen, da auch nach den Erfahrungen dieser Autoren trockene Materialien
schlechter mit Äthylenoxyd zu sterilisieren sind als feuchte. Als wesentlich für
den Sterilisationseffekt wird angesehen, daß die Sterilisation bei einem Druck von
über 3 atü erfolgt und das Gasgemisch auf die Arbeitstemperatur vorgewärmt in die
Kammer eingebracht wird. Als ausreichende Sterilisationszeit wird 20 bis 60 Minuten
angegeben.
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Bei erfindungsgemäßen Untersuchungen über die Sterilisation mit Äthylenoxyd
mit den drei obenerwähnten Verfahren wurde festgestellt, daß insbesondere bei größeren
Kammern - z. B. bei einem Rauminhalt von über 1001 - und bei dichter Füllung der
Kammer mit porösem und dicht bepacktem Sterilisiergut (z. B. Operationswäsche in
den üblichen Sterilisationstrommeln) im Zentrum des Sterilisiergutes die eingestellte
Temperatur als auch die entsprechende Feuchtigkeit erst sehr verzögert erreicht
wird. Je nach den Bedingungen kommt es erst nach 1 bis 2 Stunden zum Temperaturausgleich
zwischen dem Zentrum des Sterilisiergutes und dem freien Kammerraum (Versuch Nr.
5). Es müssen also bei porösem Sterilisiergut sehr lange Steigezeiten in Kauf genommen
werden. Auch die Befeuchtung des Sterilisiergutes
ist mangelhaft
und ungleichmäßig. Damit wird verständlich, daß zur Erreichung von Sterilität, z.
B. nach dem Verfahren C, die angegebene Sterilisierzeit von 1 Stunde nicht ausreicht,
sondern nach 2 Stunden noch sämtliche Sporenerdetestproben Wachstum zeigen. Es wurde
deshalb versucht, den Sterilisationseffekt dadurch zu verbessern, daß eine schlagaTtige
und gleichmäßige Durchwärmung bei gleichzeitiger Befeuchtung des gesamten Sterilisiergutes
erzielt wird.
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Es wurde gefunden, daß es vorteilhaft ist, zur Sterilisation und
Desinfektion mit itthylenoxyd-Gas-Gemischen die Sterilisierkammer bis auf einen
Druck von kleiner als 20 Torr zu evakuieren, anschließend gesättigten Wasserdampf
bis zu einem der gewünschten Sterilisationstemperatur entsprechenden Druck einzufüllen
und sodann das Sterilisiergas bis auf Normaldruck oder Überdruck bis 2,2 atü einzuleiten.
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Zweckmäßigerweise wird das Verfahren wie folgt durchgeführt: Die Sterilisierkammer,
deren Wandungen beheizbar sind, wird mittels einer Hochleistungsvakuumpumpe auf
< 10 Torr evakuiert. Sobald der festgelegte Wert, z. B. 8 Torr, erreicht ist,
wird die Pumpe abgestellt und aus einem Dampfkessel gesättigter Wasserdampf unter
Druck von 0,5 bis 1 atü oder mehr so lange eingeleitet, bis in der Sterilisierkammer
ein Druck von 150 Torr erreicht ist. Die Höhe des zu erreichenden Kammerdruckes
hängt von der gewünschten und vor Sterilisationsbegirm gewählten Sterilisationstemperatur
ab. So hat Wasserdampf bei 150 Torr = 600 C, bei 100 Torr = 520 C, bei 200 Torr
66,50 C. Entsprechend der Sterilisationstemperatur werden auch die Kammerwände beheizt,
so daß die durch den Dampf im Sterilis ationsgut hervorgerufene Temperatur während
der gesamten Sterilisationszeit aufrechterhalten bleibt. Mit Erreichen des der gewünschten
Temperatur zugeordneten Druckes wird die Dampfzufuhr beendet und anschließend bis
zum Druckausgleich oder bis zu einem Überdruck von mehreren atü die Sterilisierkammer
mit Äthylenoi:yd-CO2-Gemisch oder einem anderen sterilisierenden Äthylenoxyd-Gas-Gemisch
gefüllt. Die Sterilisierzeit wird von Beendigung der Gaszufuhr an gerechnet. Unter
den Prüfungsbedingungen wurde bei einer Einwirkungszeit von 60 Minuten und einer
Temperatur von 62 bis 650 C Sterilität erzielt.
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Die hier vorgelegten Versuche beschränken sich auf die Prüfung des
Sterilisationseffekts bei Normaldruck. Eine Anwendung des Sterilisationsgases bei
Überdruck führtbekanntermaßen zu einerWirkungssteigerung, weil hierbei eine höhere
Konzentration von Äthylenoxyd pro Raumeinheit auf das Sterilisiergut einwirkt. So
entspricht bei Verwendung von Gasgemisch I einem Druck von 1 atü eine Äthylenoxydkonzentration
von etwa 290 mg/l, einem Druck von 2,4 atü etwa 500 mg/l und einem Druck von 6 atü
etwa 1100 mg/l. Das wesentliche Prinzip des beschriebenen neuen Verfahrens liegt
darin, daß durch die Anwendung eines Vakuums der nachfolgend eingeleitete Dampf
auch bei ungünstigsten Bedingungen auf keine die Durchwärmung und Durchfeuchtung
hemmende Restluft trifft. Damit wird auch im Zentrum von Behältern, die z. B. mit
Leinentüchern dichtest gepackt sind, mit einer Verzögerung von nur Sekunden derselbe
Temperaturanstieg erreicht wie im freien Raum der Kammer. Ein Konformgehen des Temperaturanstiegs
zwischen freiem Kammerraum und Innern des Sterilisiergutes ist mit dem bei Ver-
fahren
A benutzten Vakuum nicht erreichbar, da das Vakuum, d. h. also das Ausmaß der Entfernung
der Restluft, ungenügend ist. Es bestand für die amerikanischen Autoren bei der
bekannt guten Penetration von Äthylenoxyd (Restluft unbedeutend, da nicht störend
für das Eindringen des Äthylenoxyds) nicht nur kein Anlaß, ein besseres Vakuum als
71 Torr anzuwenden, sondern sie erachten ein solch hohes Vakuum sogar für falsch,
weil es dadurch zu einem beträchtlichen Feuchtigkeitsverlust des Sterilisiergutes
kommt, was den Sterilisationseffekt des Äthylenoxyds stark herabmindert bzw. ganz
aufhebt. Die Resistenz gegen die Äthylenoxydsterilisation kann dabei so zunehmen,
daß selbst 20 Stunden Einwirkungszeit nicht mehr ausreichen. Bei dem hier beschriebenen
Verfahren wird aber durch das Durchdringen des Sterilisiergutes mit Dampf nicht
nur eine rasche und gleichmäßige Aufwärmung des gesamten Sterilisiergutes erreicht,
sondern auch durch die Kondensation des Wasserdampfes am kalten Sterilisiergut eine
für die Sterilisation mit Äthylenoxyd notwendige Feuchte.
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Die im Verfahren C durchgeführte Aufwärmung des Gases auf die Sterilisationstemperatur
dient lediglich dem Zweck der Verdampfung des flüssigen Gs misches Äthylenoxyd-CO2,
nicht aber etwa der Erwärmung des Sterilisiergutes durch das vorgewärmte Gas, weil
das Gasgemisch auf Grund seiner völlig anderen physikalischen Eigenschaften im Gegensatz
zum Wasserdampf nicht in der Lage ist, nennenswert Wärme abzugeben (hierzu Versuch
Nr. 1).
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Der Vorteil des hier beschriebenen kombinierten Vakuum-Dampf-Gas-Verfahrens
besteht also darin, daß 1. das gesamte Sterilisiergut in Sekunden auf die gewünschte
Sterilisationstemperatur gebracht wird, 2. das gesamte Sterilisiergut zuverlässig
und gleichmäßig befeuchtet wird, 3. das Verfahren ohne Überdruck oder mit einem
Überdruck von höchstens 2,2 atü arbeitet und somit jede der üblicherweise vorhandenen
Druckkammern von Dampfsterilisatoren für dieses Verfahren verwendet werden kann;
mit anderen Worten: Die vorhandenen Hochdruck-Dampf-Sterilisationsanlagen können
durch eine geringe Zusatzeinrichtung neben der Sterilisation mit gespanntem Wasserdampf
auch zur Sterilisation mit Äthylenoxyd verwendet werden, während z. B. Verfahren
C gesonderte Druckkammern benötigt, die für einen Betriebsdruck von 5 bis 6 atü
gebaut sein müssen, 4. die Sterilisationszeit gegenüber den bisherigen Verfahren
A und B mindestens um das Zweibis Vierfache reduziert wird.
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Versuchsanordnung A. Apparaturen Sterilisationskammer Vakuumtrockenschrank
mit je einem getrennten Zuführungsstutzen für Sterilisationsgas und für Dampf sowie
je einem Stutzen zum Zutritt der Leitungen der Thermoelemente und zum Anschluß eines
Membranvakuummeters.
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Vakuumpumpe Gasballastpumpe.
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Dampfkessel Hochdruckdampfsterilisator, stehende runde Kammer, Durchmesser
40 cm; Tiefe 60 cm; elektrisch beheizt, Betriebsdruck 1,2 atü, armiert mit Sicherheitsventil,
Manometer und Nachfüllstutzen mit Überlaufrohr.
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Sterilisiergas Gemisch von 10 bis 12°/o Äthylenoxyd + 90 bis 88%
CO2 in Druckflasche mit Feinregulierventil und heizbarem Verdampfer.
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Sterilisiergut Rechteckiger Verbandstoffbehälter, System Filtertuchtrommel
mit Lochung in Boden und Deckel, Außenmaße 40 #40 #20 cm, gefüllt mit Wäsche tücher
in horizontaler Faltung; Trockengewicht der Wäsche: 3,205 kg.
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Die STerilisationsversuche nach Verfahren C wurden mit einem Überdruckgerät
ausgeführt.
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Als Sterilisiergut diente ein unverpacktes Paket von Handtüchern
(Größe des Pakets 12 12 22 cm, Trockengewicht 1,042 kg).
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B. Temperaturprüfung Die Kontrolle und Aufzeichnung der Temperatur
erfolgte thermoelektrisch mit Eisen-Konstantan-Thermoelementen und einem Kompensatorschreiber,
ausgeführt als Sechsfarbenschreiber; Punktfolge 1 Sekunde; Papierstreifenvorschub
600 mm/h.
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C. Bakteriologische Prüfung Zur bakteriologischen Kontrolle der Abtötung
der Mikroorganismen dienten 1. Sporenerde mit einer Dampfresistenz von über 24 Stunden;
die Erde war lufttrocken und zu je 0, 1 g in Seidenpapier in kugeliger Form verpackt.
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2. Sporen von Bac. subtilis, Stamm NCTC 6633, in Form einer wäßrigen
Suspension, die auf Filterpapierscheiben von 9 mm Durchmesser aufgetrocknet worden
war. Die Filterpapierscheibche wurden über CaCL2 in verschlossener Flasche aufbewahrt.
Die Keimzahlbestimmung der Papierblättchen wurde durch Auswaschen in Aq. dest. mit
anschließender Zählung der in die Waschflüssigkeit resuspendierten Sporen mittels
Agargußplatten vorgenommen.
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Nach der Sterilisationsprozedur wurden die Keimproben unter sterilen
Kautelen in Röhrchen mit je 5 ccm Fluid-Thioglycollate-Medium übertragen und bei
37° C bebrütet.
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Versuch Nr. 1 Erfindungsgemäßes Verfahren, jedoch wird anschließend
an das Vorvakuum die Kammer sofort mit Sterilisiergas gefüllt; Dampfanwendung unterbleibt.
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(Kontrollversuch) Gasgemisch ....... 1 Gasdruck im Sterilisierraum
1 ata Heizung der Sterilisierkammer eingestellt auf . . 600 C
Temperaturverlauf Tatsächliche
Temperatur im Zentrum im freien Kammer- Wäscheraum trommel Am Ende des Vorvakuums
(30 Sekunden vor Gaseinlaß) . . . 470 C 230 C 1 Minute nachGaseinlaß 510 C 230 C
10 Minuten nach Gaseinlaß 550 C 240 C 20 Minuten nach Gaseinlaß 560 C 250 C 40 Minuten
nach Gaseinlaß 570 C 260 C 60 Minuten nach Gaseinlaß (Ende der Sterilisation) 590
C 290 C Bakteriologische Sterilitätskontrollen
| Subtilissporen |
| Keimzahl |
| je Probe: 4 #104 |
| Gesamtzahl der Proben... 8 |
| davon bewachsen nach 24 Stunden 8 |
Versuch Nr. 2 Erfindungsgemäßes Verfahren, jedoch wird nach der Dampffüllung bis
150 Torr kein Sterilisiergas in die Kammer gefüllt, sondern Raumluft; Gasanwendung
unterbleibt.
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(Kontrollversuch) Gasgemisch . .. entfällt Druck im Sterilisierraum
......... 1 ata Heizung der Sterilisierkammer eingestellt auf .......... 600 C Temperaturverlauf
| Tatsächliche Temperatur |
| im Zentrum |
| im freien der gefüllten |
| Kammer- Wäsche- |
| raum trommel |
| Am Ende des Vorvakuums |
| (30 Sekunden vor |
| Dampfeinlaß) .. 500 C 260 C |
| 30 Sekunden nach Dampf- |
| einlaß ........... 63°C 63°C |
| 1 Minute nach Dampf- |
| einlaß ........... 63°C 65°C |
| 2 Minuten nach Dampf- |
| einlaß 630 C 660 C |
| 3 Minuten nach Dampf- |
| einlaß.... 640 C 680 C |
| 4 Minuten nach Dampf- |
| einlaß . 62° C 68° C |
| 5 Minuten nach Dampf- |
| einlaß 620 C 680 C |
| 10 Minuten nach Dampf- |
| einlaß.. 620 C 680 C |
| 20 Minuten nach Dampf- |
| einlaß 620 C 680 C |
Fortsetzung der Tabelle
| Tatsächliche Temperatur |
| freien im Zentrum |
| im freien der gefüllten |
| Kammer- Wäsche- |
| raum trommel |
| 40 Minuten nach Dampf- |
| einlaß ........... 620 C 660 C |
| 60 Minuten nach Dampf- |
| einlaß..... 620 C 650 C |
| 73 Minuten nach Dampf- |
| einlaß ........ ... 620C 650C |
| (Ende der Sterilisation) |
Bakteriologische Sterilitätskontrollen
| Subtilissporen |
| Keimzahl |
| je Probe: 4#104 |
| Gesamtzahl der Proben .. 12 |
| davon bewachsen nach 24 Stunden 12 |
Versuch Nr. 3 Erfindungsgemäßes Verfahren Gasgemisch .............. KI Gasdruck
im Sterilisierraum ... . 1 ata Heizung der Sterilisierkammer eingestellt auf .............
650 C Temperaturverlauf
| Tatsächliche Temperatur |
| freien im Zentrum |
| im freien der gefüllten |
| Kammer- Wäsche- |
| raum trommel |
| Am Ende des Vorvakuums |
| (30 Sekunden vor |
| Dampfeinlaß) ........ 47Q C 250 C |
| 30 Sekunden nach Dampf- |
| einlaß ............. 61°C 61°C |
| 1 Minute nach Dampf- |
| einlaß . .. .... ... 620 C 640 C |
| 2 Minuten nach Dampf- |
| einlaß . ......... 620 C 650 C |
| 3 Minuten nach Dampf- |
| einlaß . . .......... 610 C 650 C |
| 4 Minuten nach Dampf- |
| einlaß ............... 61°C 66°C |
| 5 Minuten nach Dampf- |
| einlaß ............... 61°C 66°C |
| 10 Minuten nach Dampf- |
| einlaß ............... 60°C 66°C |
| 20 Minuten nach Dampf- |
| einlaß . ........... 600 C 660 C |
| 30 Minuten nach Dampf- |
| einlaß ............... 59°C 66°C |
| 40 Minuten nach Dampf- |
| einlaß ............... 59°C 66°C |
| 50 Minuten nach Dampf- |
| einlaß ............... 59°C 65°C |
| 60 Minuten nach Dampf- |
| einlaß ............... 59°C 65°C |
| 65 Minuten nach Dampf- |
| einlaß (Ende der Sterili- |
| sation) 590 C 650 C |
Bakteriologische Sterilitätskontrollen
| Suhtilissporen Sporenerde |
| Keimzahl 0,1 g |
| je Probe: 4# #104 g |
| Gesamtzahl der Proben 15 16 |
| davon bewachsen |
| nach 2 Tagen ... 0 0 |
| nach 10 Tagen ... 0 0 |
Versuch Nr. 4 Erfindungsgemäßes Verfahren Gasgemisch . I Gasdruck ............ I
Gasdruck im Sterilisierraum . 1 ata Heizung der Sterilisierkammer eingestellt auf
.............. 600 C Temperaturverlauf
| Tatsächliche Temperatur |
| im Zentrum |
| im freien der gefüllten |
| Kammer- Wäsche- |
| raum trommel |
| Am Ende des Vorvakuums |
| (30 Sekunden vor |
| Dampfeinlaß) .... ... 450 C 240 C |
| 30 Sekunden nach Dampf- |
| einlaß .. 580 C 55°C |
| 1 Minute nach Dampf- |
| einlaß . ......... 600 C 560 C |
| 2 Minuten nach Dampf- |
| einlaß . .. .. ... 600 C 570 C |
| 3 Minuten nach Dampf- |
| einlaß . ........... 590 C 570 C |
| 4 Minuten nach Dampf- |
| einlaß . .. ......... 590 C 57°C |
| 5 Minuten nach Dampf- |
| einlaß . .. ......... 590 C 57°C |
| 10 Minuten nach Dampf- |
| einlaß .. 59°C 57°C |
| 20 Minuten nach Dampf- |
| einlaß .. 590 C 590 C |
| 30 Minuten nach Dampf- |
| einlaß . ......... 590 C 600 C |
| 40 Minuten nach Dampf- |
| einlaß . 59°C 60°C |
| 50 Minuten nach Dampf- |
| einlaß 590 C 600 C |
| 60 Minuten nach Dampf- |
| einlaß .......... 59°C 60°C |
| 65 Minuten nach Dampf- |
| einlaß (Ende der Sterili- |
| sation) 59°C 60°C |
Bakteriologische Sterilitätskontrollen
| Subtilissporen Sporenerde |
| Keimzahl porenerde |
| je Probe: 9 104 0,1 g |
| Gesamtzahl der Proben 9 9 |
| davon bewachsen |
| nach 2 Tagen ... 0 1 |
| nach 10 Tagen ... 0 1 |
Versuch Nr. 5 Verfahren C Gasgemisch . 1 Gasdruck im Sterilisierraum
.. 5 atü Gerätheizung eingestellt auf ........ 600 c Temperaturverlauf
| Tatsächliche Temperatur |
| im Zentrum |
| im freien |
| Kammer- Wäsche- |
| raum paketes |
| Unmittelbar nach Einschal- |
| ten des Gerätes 240 C 240 C |
| Nach 5 Minuten 400 C 240 C |
| Nach 10 Minuten . 630 C 250 C |
| Nach 20 Minuten 730 C 270 C |
| Nach 40 Minuten .. 760 C 330 C |
| Nach 60 Minuten ..... 77°C 410 C |
| Nach 80 Minuten .. 760 C 480 C |
| Nach 100 Minuten ......... 76°C 53°C |
| Nach 120 Minuten ......... 77°C 57°C |
| (Ende der Sterilisation) |
Bakteriologische Sterilitätskontrollen
| Subtilissporen |
| Sporenerde |
| Keimzahl |
| 0,1 g |
| je Probe: 9#104 |
| Gesamtzahl der Proben 9 10 |
| davon bewachsen |
| nach 2 Tagen ..... 0 9 |
| nach 7 Tagen . 0 10 |
Versuch Nr. 6 Verfahren C Gasgemisch . . 1 Gasdruck im Sterilisierraum ... 5 atü
Gerätheizung eingestellt auf . . 600 C
Temperaturverlauf
| Tatsächliche Temperatur |
| im Zentrum |
| im freien |
| Kammer- Wäsche- |
| raum paketes |
| Unmittelbar nach Einschal- |
| ten des Gerätes 240 C 220 C |
| Nach 5 Minuten ........ 33°C 220 C |
| Nach 10 Minuten ....... 50°C 230 C |
| Nach 20 Minuten 590 C 260 C |
| Nach 40 Minuten ....... 66°C 330C |
| Nach 60 Minuten ......... 70°C 39°C |
| Nach 65 Minuten ........ 680 C 410 C |
| (Ende der Sterilisation) |
Bakteriologische Sterilitätskontrollen
| Subtilissporen |
| Keimzahl Sporenerde |
| je Probe: 9 104 104 g |
| Gesamtzahl der Proben 9 9 |
| davon bewachsen |
| nach 2 Tagen ..... 1 9 |
| nach 7 Tagen .. 1 9 |