DE60202362T2

DE60202362T2 - Nicht-dispersiver infrarotsensor für verdampftes wasserstoffperoxid

Info

Publication number: DE60202362T2
Application number: DE60202362T
Authority: DE
Inventors: F. Iain MCVEY
Original assignee: Steris Inc
Current assignee: American Sterilizer Co
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2022-05-11
Also published as: US6875399B2; ES2237679T3; EP1385558B1; WO2002092140A1; ATE285256T1; DE60202362D1; EP1385558A1; US20020168289A1

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft, ganz allgemein, ein System und die damit verbundene Methode zur dampfbezogenen Dekontaminierung und, insbesondere, einen Sensor zur Bestimmung der Wasserstoffperoxidkonzentration in einem zwei Komponenten enthaltenden dampfförmigen Sterilisiermittel. Es sei aber betont, dass das System auch für die Bestimmung der Konzentration anderer flüssigen Komponenten eingesetzt werden kann.
Hintergrund der Erfindung
Wieder verwendbare medizinische Instrumente sowie pharmazeutische und biologische Geräte werden üblicherweise vor jedem Einsatz sterilisiert. Auch die im medizinischen, pharmazeutischen und biologischen Bereich eingesetzten wieder verwendbaren Behälter, beispielsweise Handschuhkästen und Brutkästen, werden üblicherweise vor jedem Einsatz sterilisiert. In Anlagen und bei Anwendungen, bei denen diese Geräte und Behälter mehrere Male am Tag benutzt werden, ist es wichtig, dass die Sterilisierung effizient und ökonomisch erfolgt. Auch Lebensmittelverpackungen, beispielsweise Sprudelflaschen, Milchbehälter und Ähnliches, werden vor dem Füllen mikrobiell dekontaminiert. Bei den derzeitigen Anlagendurchsätzen von mehr als eintausend Flaschen pro Stunde ist es erstrebenswert, die Bedingungen hinsichtlich einer zügigen Sterilisierung zu optimieren.
Es sind verschieden Methoden entwickelt worden, durch die eine Umschließung oder Kammer mit einem dampfförmigen Sterilisiermittel bespeist werden kann, um die Ladung (beispielsweise medizinische Instrumente oder andere Gegenstände) oder aber den betreffenden Innenraum zu sterilisieren. Bei einer Variante, der sog. „Hochvakuum"-Methode, wird ein Vakuum erzeugt und damit ein flüssiges Sterilisiermittel in einen geheizten Verdampfer gesaugt. Der so erzeugte Dampf des Sterilisiermittels wird dann weiter in die evakuierte, dicht abgeschlossene Kammer gesaugt. Bei einer anderen Variante, der sog. „Durchfluss"-Methode, wird das verdampfte Sterilisiermittel in ein strömendes Trägergas gemischt, das dazu dient, den Sterilisiermittel-Dampf in die Kammer hinein und wieder hinaus zu fördern; die Kammer befindet sich dabei auf einem leichten Unter- oder Überdruck.
Es sind Methoden zur Optimierung der Dampfsterilisierung sowohl bei Hochvakuum-Systemen als auch bei Durchfluss-Systemen entwickelt worden. Das an Cummings et allii erteilte U.S. Patent Nr. 4,956,145 betrifft eine Hochvakuum-Methode zur dampfbezogenen Sterilisierung, bei der in einer evakuierten, dicht verschlossenen Kammer eine spezifizierte Konzentration des Wasserstoffperoxiddampfes aufrechterhalten wird. Die Menge des in den Verdampfer injizierten flüssigen Sterilisiermittels wird dabei so reguliert oder eingestellt, dass der geschätzten, in dem geschlossenen System über die Zeit erfolgenden Zersetzung des Wasserstoffperoxiddampfes in Wasser und Sauerstoff Rechnung getragen wird. Ein anderes Vorgehen, bei dem eine spezifizierte prozentuale Sättigung in einem offenen Durchfluss-Sterilisiersystem aufrechterhalten wird, ist durch U.S. Patent No. 5,445,792 offen gelagt.
Das an Childers erteilte U.S. Patent Nr. 5,173,258 legt ein weiteres Durchfluss-Sterilisiersystem offen, bei dem dampfförmiges Wasserstoffperoxid in das in einem geschlossenen Kreislauf zirkulierende Trägergas eingeleitet wird. Das Wasserstoffperoxid wird in einer so spezifizierten Konzentration eingeleitet und auf dieser Konzentration gehalten, mit der ein optimaler Sterilisierzyklus erreicht wird. Das System enthält einen Trockner zur Entfeuchtung des umlaufenden Trägergases, vorzugsweise auf eine relative Luftfeuchtigkeit von maximal 10%, um dadurch einen Flüssigkeitsaufbau durch die anhaltende Zersetzung des Wasserstoffperoxiddampfes zu verhindern. Indem der Flüssigkeitsaufbau verhindert wird, kann das System in der Sterilisierkammer eine höhere Konzentration des dampfförmigen Wasserstoffperoxids über eine längere Zeit aufrecht erhalten (da das vorgetrocknete Trägergas mehr Sterilisiermittel-Dampf aufnimmt). Ferner, um eine Kondensation des Sterilisiermittels zu verhindern, wird vorzugsweise vor dem Einspeisen des Sterilisiermittel-Dampfes die relative Luftfeuchtigkeit in der Kammer reduziert (beispielsweise auf weniger als 30%). Am Ende des Dekontaminierens kann das Behältnis erneut entfeuchtet werden, sofern dieses bei der speziellen Anwendung so erwünscht ist.
Bei den auf Gasen und Dämpfen beruhenden Sterilisier- und Dekontaminationssystemen ist es erforderlich, bestimmte Parameter des Verfahrens konstant zu halten, um dadurch sicherzustellen, dass die erwünschte Sterilität oder Dekontamination des Objekts erreicht wird. Im Fall von Sterilisier- und Dekontaminationssystemen, die auf der Basis von Wasserstoffperoxiddampf beruhen, umfassen die Verfahrensparameter die Konzentration des Wasserstoffperoxiddampfes, den Sättigungsgrad, die Temperatur, den Druck und die Einwirkungsdauer. Durch Regelung dieser Parameter kann sichergestellt werden, dass die erwünschte Sterilität oder Dekontamination des Objekt sicher erreicht wird, ohne dass eine Kondensation wegen Dampfsättigung erfolgt. Bestehende Systeme überwachen typischerweise den Zeitverlauf der in den Verdampfer eingespeisten Flüssigkeitsmenge und errechnen dann auf der Basis von Temperatur, Druck, Volumen und (wenn zutreffend) Durchflussrate die theoretische Konzentration des Wasserstoffperoxiddampfes. Sodann korreliert das System einige oder alle dieser Parameter mit empirisch abgeleiteten, die Zersetzung des Wasserstoffperoxids betreffenden Schätzwerten, um somit die Menge des in das System einzuleitenden Wasserstoffperoxid abzuschätzen, die erforderlich ist, um eine vorher theoretisch festgelegte Konzentration des Wasserstoffperoxiddampfes zu erreichen. Die der Sterilisierleistung wird dann empirisch bewertet durch eine Prüfung der mikrobiellen Wirksamkeit.
In der Praxis könne mehrere Faktoren die Konzentration der Komponenten in dem Dampf beeinflussen; Beispiele sind die Zersetzung, Absorption und Adsorption auf Grund der Berührung des Gases mit verschiedenen Oberflächen des Systems, die Verdünnung auf Grund der Wasserdampfabgabe von der zu behandelnden Ladung, sowie der Abbau des Sterilisiermittels. Diese Faktoren variieren von Ladung zu Ladung und von System zu System. Es ist daher wünschenswert, die Wasserstoffperoxidkonzentration direkt zu messen. Das an Stewart et allii erteilte U.S. Patent Nr. 5,872,359 legt ein Wasserstoffperoxid-Sensorsystem offen sowie eine Methode zur Steuerung einer Dampfsterilisierkammer. Der Sensor nutzt die Erkennung von längerwelligem Infrarotlicht bei zwei bestimmten Wellenlängen, wobei die eine vorrangig eine Absorptionsspitze für Wasserstoffperoxid und die andere eine Absorptionsspitze für Wasser aufweist. Es besteht eine geringe Überlappung der Absorptionsspitzen des Wasserstoffoxids und des Wassers. Durch Manipulation der Daten, kann der Anteil des Wassers abgezogen und somit die Konzentration des Wasserstoffperoxids bestimmt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt einen neuen und verbesserten Sensor sowie eine neue und verbesserte Einsatzmethode, durch die die oben angeführten und weitere Probleme ausgeräumt werden.
Zusammenfassende Beschreibung der Erfindung
Gemäß dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird eine Methode der Dekontaminierung vorgestellt, bei der ein zu dekontaminieren der Gegenstand einem Wasserstoffperoxiddampf und Wasserdampf enthaltenden Mehrkomponentendampf ausgesetzt wird und bei der der Anteil des Wasserstoffperoxiddampfes in dem Mehrkomponentendampf gemessen wird. Licht wird durch den Mehrkomponentendampf gelenkt, wobei dieses Licht zumindest einen Wellenlänge enthält, die zwar vom Wasserstoffperoxiddampf aber nur unwesentlich vom Wasserdampf absorbiert wird, sowie eine zweite, von der ersten entfernt liegende Wellenlänge, die zwar vom Wasserdampf aber nur unwesentlich vom Wasserstoffperoxiddampf absorbiert wird. Die Absorption des durch den Mehrkomponentendampf gelenkten Lichts wird in dem ersten und dem zweiten Wellenlängenbereich gemessen. Die Konzentration des Wasserstoffperoxiddampfes in dem Mehrkomponentendampf wird aus der in dem ersten Wellenlängenbereich gemessenen Lichtabsorption bestimmt, und die Konzentration des Wassers in dem Mehrkomponentendampf wird aus der in dem zweiten Wellenlängenbereich gemessenen Lichtabsorption bestimmt. Der erste Wellenlängenbereich umfasst eine oder mehrere Wellenlängen im Bereich zwischen 7500 und 8400 Nanometer und der zweite Wellenlängenbereich eine oder mehrere Wellenlängen im Bereich zwischen 5200 und 7200 Nanometer.
Gemäß dem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird ein Dekontaminiersystem vorgestellt, das aus einer Kammer besteht, in die die mikrobiell zu dekontaminierenden Gegenstände geladen werden. Eine Quelle des Mehrkomponentendampfes liefert einen Mehrkomponentendampf, der Wasserdampf und Wasserstoffperoxiddampf enthält. Ein Sensorsystem enthält einen Sendeteil, der das Licht durch den Mehrkomponentendampf lenkt, und einen Empfangsteil, der das durch den Mehrkomponentendampf geflossene Licht empfängt. Der Empfangsteil enthält einen ersten Detektor, der so platziert ist, dass er das durch den Mehrkomponentendampf geflossene Licht empfängt. Dieser erste Detektor empfängt Licht in einem ersten Wellenlängenbereich, in dem das Licht zwar vom Wasserstoffperoxiddampf aber nur unwesentlich vom Wasserdampf absorbiert wird. Ein zweiter Detektor empfängt Licht in einem, vom ersten Wellenlängebereich entfernt liegenden zweiten Wellenlängenbereich, in dem das Licht zwar vom Wasserdampf in dem Mehrkomponentendampf aber nur unwesentlich vom Wasserstoffperoxiddampf absorbiert wird. Der erste Wellenlängenbereich umfasst den Bereich zwischen 7500 und 8400 Nanometer und der zweite Wellenlängenbereich den Bereich zwischen 5200 und 7200 Nanometer. Ein Mikroprozessor bestimmt die Absorbanz und Konzentration des Wasserstoffperoxids in dem Mehrkomponentendampf aus der gemessenen Lichtstärke in dem ersten Wellenlängenbereich sowie die Absorbanz und Konzentration des Wasserdampfes aus der gemessenen Lichtstärke in dem zweiten Wellenlängenbereich. Ein Regelsystem steuert den Zustand innerhalb der Kammer auf der Basis eines Signals, das der vom ersten Detektor gemessenen Lichtstärke entspricht.
Ein Vorteil zumindest einer der Ausführungen der vorliegenden Erfindung ist, dass das Wasserstoffperoxid in einem mittleren Wellenlängenbereich des Infrarotlichts gemessen wird, wo Wasser nur unwesentlich absorbiert, und dadurch keine Subtraktion des Anteils der Wasserdampfes an der gemessenen Absorbanz mehr erforderlich ist.
Ein anderer Vorteil zumindest einer der Ausführungen der vorliegenden Erfindung beruht darin, dass eine hohe und eine niedrige Konzentrationen des Wasserstoffperoxids getrennt gemessen werden und dadurch die Komplexität der Messeinrichtung reduziert wird.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden jedem, der übliche Kenntnisse in dieser Technik besitzt, beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Anwendungen offenbar.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
1 ist eine schematische Darstellung eines Echtzeit Überwachungs- und Regelungssystems zur Optimierung von Parametern einschließlich der Konzentration eines oder mehrerer Sterilisiermittel-Dämpfe in einem Mehrkomponenten-Dampfsterilisierverfahren;
2 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung des Infrarot-Sensorsystems der 1;
3A zeigt den Kurvenverlauf der Absorbanz einer Dampfmischung aus 50% Wasserstoffperoxid und 50% Wasser in dem Wellenlängenbereich 2,5 bis 9 μ;
3B zeigt den Kurvenverlauf der Absorbanz von reinem Wasserdampf in dem Wellenlängenbereich 2,5 bis 9 μ;
3C zeigt den Kurvenverlauf der Absorbanz von Wasserstoffperoxid in dem Wellenlängenbereich 2,5 bis 9 μ, der sich durch Subtraktion der Absorbanz gemäß 3B von der gemäß 3A ergibt;
4A ist eine vergrößerte Darstellung des Kurvenverlaufs der Absorbanz einer Dampfmischung aus 50% Wasserstoffperoxid und 50% Wasser in dem Wellenlängenbereich 5 bis 9 μ;
4B ist eine vergrößerte Darstellung des Kurvenverlaufs der Absorbanz von reinem Wasserdampf in dem Wellenlängenbereich 5 bis 9 μ;
4C zeigt den Kurvenverlauf der Absorbanz von Wasserstoffperoxid in dem Wellenlängenbereich 2,5 bis 9 μ, der sich durch Subtraktion der Absorbanz gemäß 4B von der gemäß 4A ergibt;
5 zeigt eine Draufsicht auf das Sensorsystem gemäß 2;
6 ist eine schematische Darstellung des Schaltdiagramms der elektronischen Komponenten des Sensorsystems gemäß 2;
7 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführung des in der Darstellung gemäß 1 enthaltenen Infrarot-Sensorsystems;
8 ist eine schematische Darstellung einer dritten Ausführung des in der Darstellung gemäß 1 enthaltenen Infrarot-Sensorsystems;
9 zeigt eine Draufsicht auf das in der Darstellung gemäß 8 enthaltenen Filterrads;
10 ist eine schematische Darstellung einer dritten Ausführung des in der Darstellung gemäß 1 enthaltenen Infrarot-Sensorsystems;
11 zeigt eine Draufsicht auf das in der Darstellung gemäß 10 enthaltenen Filterrads;
12 ist eine schematische Darstellung eines Kalibriersystems gemäß der vorliegenden Erfindung; und
13 ist eine perspektivische Darstellung der Sonde gemäß 1.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführung
Unter Bezugnahme auf 1 wird hier ein Sensorsystem 1 dargestellt, das zur Bestimmung einer Flüssigkeitskomponenten in einer mehrere Komponenten enthaltenen Flüssigkeit geeignet ist. In der bevorzugten Ausführung enthält die Mehrkomponentenflüssigkeit ein gasförmiges Oxidationsmittel. Beispielsweise ist die Mehrkomponentenflüssigkeit ein Sterilisiermittel-Dampf, der Wasserstoffperoxiddampf enthält, der aus einer wässerigen Lösung des Wasserstoffperoxids erzeugt wird. Vorzugsweise hat die wässrige Lösung des Wasserstoffperoxids eine Konzentration von 5 bis 95 Gew.-%, besser noch 30 bis 40 Gew.-%, Wasserstoffperoxid.
Obwohl hier die Wörter „Sterilisiermittel", „mikrobielles Dekontaminiermittel" und andere ähnliche Ausdrücke austauschbar verwendet werden, ist zu bemerken, dass das hierin offenbarte System und die Methode auf allen Ebenen der mikrobiellen Dekontamination, sei es der Sterilisierung, Desinfektion, hygienischen Reinigung oder Ähnlichem, angewendet werden können. Die mikrobiell zu dekontaminierenden Gegenstände umfassen medizinische, zahnmedizinische, bestattungstechnische oder pharmazeutische Geräte, die bei chirurgischen Eingriffen möglicherweise durch Mikroorganismen kontaminiert worden sind, sowie jene als chirurgische Implantate vorgesehenen Einzelteile, die am Ende des Herstellungsvorgangs abschließend sterilisiert werden müssen, und weitere bereits erwogene mikrobiell zu dekontaminierende Gegenstände. Die mikrobielle Dekontamination ist des weiteren dahin ausgerichtet, auch andere schädliche biologischen Arten, beispielsweise Prionen, zu zerstören oder zu inaktivieren.
Der Ausdruck „Dekontaminieren" umfasst auch die chemische Dekontaminierung, bei der gefährliche chemische Substanzen, insbesondere Nerven- oder Gelbkreuzgas und deren Rückstände, durch gasförmige Oxidationsmittel unschädlich gemacht werden. Nervengase umfassen Ethyl-N,N Dimethyl Phosphoraminozyanidat (bekannt als Tabun oder GA-Stoff), Fluorphosphonsäuremethylisopropylester (Sarin oder GB-Stoff), S-(2-Diisopropylaminoethyl)-O-Ethylmethyl-Phosphonothiolat (Agent VX). Gegenstände, wie Kleidung oder Fahrzeuge oder ganze Räume oder andere Behältnisse, die mit diesen chemischen Substanzen verseucht worden sind, können mit den hier beschriebenen Verfahren dekontaminiert werden. Es ist beachtenswert, dass beide, die chemische und die biologische Dekontaminierung, in einem einzigen Arbeitschritt ausgeführt werden können, wenn das gasförmige Oxidationsmittel, wie beispielsweise beim Wasserstoffperoxiddampf, sowohl Eigenschaften zur chemischen als auch mikrobiellen Dekontamination aufweist.
Das Sensorsystem 1 umfasst einen Sensor oder eine Sonde 10, vorzugsweise für den mittleren Infrarotbereich (MIR), zur Bestimmung der Konzentration einer oder mehrerer Komponenten des fließenden Mediums, beispielsweise einer gasförmigen Komponente eines mehrkomponentigen Sterilisiermittel-Dampfes oder einer Komponente in einer Flüssigkeit. Als mittlerer Infrarotbereich gilt hier, dass der Sensor messtechnisch eine oder mehrere Wellenlängen im Bereich von 2 bis 10 μ, d. h. zwischen 2000 bis 10.000 Nanometer, bestimmen kann. Zur Bestimmung von Wasserstoffperoxid, wird der Sensor 10 vorzugsweise für solche Wellenlängen messen können, die im Bereich der maximalen Lichtabsorption des Wasserstoffperoxids liegen und wo Wasser nur eine unbedeutende Lichtabsorption aufweist. Es ist jedoch zu beachten, dass die Wahl der Wellenlänge davon abhängt, welche Art Komponente oder Komponenten es zu messen gilt und ob störenden Absorptionspeaks anderer Komponenten des mehrkomponentigen Mediums fehlen oder zu beachten sind. Sensoren für den näheren Infrarotbereich (NIR) oder für andere Bereiche des elektromagnetischen Spektrums werden ebenfalls erwogen. Das Wort „Licht" wird hier umfassend verwendet, sowohl für den sichtbaren als auch unsichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, einschließlich der Wellenlängen im Infrarot-Bereich.
Der Sensor ist sowohl unter statischen als auch unter Durchfluss-Bedingungen und sowohl bei Umgebungsdruck, Unterdruck oder Überdruck anwendbar. In drucklosen Systemen (Umgebungsdruck) kann das mehrkomponentige Medium in einem Trägergas, beispielsweise Luft, transportiert werden. Andere inerte Gase, beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff oder Helium, können ebenfalls verwendet werden. Bei einer Hochvakuum-Sterilisierkammer liegt der Druck vorzugsweise in dem Bereich zwischen 0,13 und 13 mbar.
Wenn Wasserstoffperoxiddampf als Sterilisiermittel-Dampf verwendet wird, liegt die Konzentration des Wasserstoffperoxiddampfes vorzugsweise in der Nähe oder auf dem Sättigungswert des Dampfes solange nur eine Kondensation oder Sättigung vermieden wird.
Es wird erwogen auch andere gasförmige Sterilisiermittel, entweder alleine oder kombiniert mit Wasser oder Trägergasen, in diesem System zu verwenden und sie der hier beschriebenen Methode zu unterziehen. Beispiele solcher gasförmigen Sterilisiermittel sind Halogenoxide (z. B. Chlordioxid), Alkenoxide (z. B. Äthylenoxid), Alkohole (z. B. Äthanol), Persäuren (z. B. Peressigsäure), Ozon, Lactame (z. B. β-propyl Lactam), und des weiteren Mischungen von Sterilisiermitteln, beispielsweise eine Mischung aus Wasserstoffperoxid, Peressigsäure und Wasser, oder von Alkohol, Wasserstoffperoxid und Wasser, sowie von Äthylenoxid und Wasser, oder Ähnliches. Zum Zweck der Beschreibung einer bevorzugten Ausführung eines Durchflusssystems, werden hier als Trägergas Luft und als Sterilisiermittel-Dampf der aus einer wässerigen Lösung des Wasserstoffperoxids erzeugte Wasserstoffperoxiddampf verwendet. Somit wird der Wasserdampf in der Sterilisierkammer in verschiedenen Konzentrationen vorhanden sein.
Die Sensorsonde 10 ist in einem Behälter 12 montiert, beispielsweise in einer Sterilisierkammer, oder in einem Teil eines Sterilisiersystems 14, das fließtechnisch mit der Sterilisierkammer 12 verbunden ist. Die Sonde misst die Lichtabsorption aufgrund einer oder mehrerer Komponenten, z. B. des Sterilisiermittel-Dampfes, in der Kammer des Systems. Die Lichtabsorptionsmessungen werden in Konzentrationswerte (oder in Parameter, die mit der Konzentration verknüpft sind) der jeweiligen Dampfkomponente umgerechnet. Die Messwerte werden zur Rückkopplungssteuerung der Zustände in der Kammer verwendet. Beispielsweise kann durch die Steuerung zumindest eines der Zustandwerte – der Dampftemperatur, der Zuführungsrate der Komponente in die Kammer, der Konzentration einer Komponente in einem Mehrkomponentendampf, der Konzentration einer zweiten Komponente in einem Mehrkomponentendampf oder des Drucks des Mehrkomponentendampfes in der Kammererreicht werden, dass bestimmte Zustände in der Kammer konstant bleiben, andernfalls die Einwirkungsdauer (die Länge der Zeit, die ein zu sterilisierender Gegenstand dem Dampfs ausgesetzt sein muss) variiert werden muss, um optimale Bedingungen für das Sterilisieren aufrecht zu erhalten.
In dem Sensorsystem 1 wird die durch die Sonde gemessenen Lichtabsorption von der Sonde 10 zu einem Mikroprozessor 16 weitergeleitet, der so programmiert worden ist, dass er die Konzentration des Wasserstoffperoxiddampfes in der Kammer berechnet. Das Ausgabe des Mikroprozessors erfolgt vorzugsweise in der Form eines digitalen Signals. Vorzugsweise ist der Mikroprozessor mit Kalibrierwerten vorprogrammiert worden, die aus kontrollierten zur Kalibrierung der Instrumente mit bekannten Konzentrationen des Wasserstoffperoxids in dem Mehrkomponentendampf durchgeführten Experimenten stammen. Ein einzelner Mikroprozessor 16, z. B. ein persönlicher Rechner (PC), erhält die Signale vorzugsweise von mehreren solcher Sonden 10, die an geeigneten Stellen A, B, C in der Kammer und andernorts im System 14 angeordnet sind.
Als Antwort auf die von den Sonden 10 übermittelten Signale, steuert der Mikroprozessor 16 den Betrieb des System 14 derart, dass vorgegebene Sterilisierbedingungen in der Kammer 12 erreicht werden. Insbesondere steuert der Mikroprozessor das Öffnen und Schließen des Einspeiseventils 20 für das Wasserstoffperoxid in den Verdampfer 22, so dass eine optimale Konzentration des Wasserstoffperoxiddampfes in der Sterilisierkammer aufrechterhalten bleibt.
Ein Sterilisiermittel-Vorratsbehälter 24 der bevorzugten Ausführung enthält das Ausgangsmaterial des flüssigen Sterilisiermittels, nämlich eine Flüssigkeitsmischung aus Wasserstoffperoxid und Wasser. Die Flüssigkeit in dem Vorratsbehälter 24 ist vorzugsweise eine wässrige Lösung des Wasserstoffperoxids zwischen 3 und 98 Gew.-%, besser noch zwischen 10 und 50 Gew.-% Wasserstoffperoxid und am besten zwischen 30 und 35 Gew.-% Wasserstoffperoxid. Einheitliche Mengen (oder ein kontinuierlicher Fluss) der Flüssigkeit werden dem Vorratsbehälter 24 über das Ventil 20 entnommen und durch die Sterilisiermittel-Zufuhrleitung 26 dem Verdampfer 22 zugeführt.
Weiterhin bezugnehmend auf 1, werden die zu sterilisierenden oder dekontaminierenden Gegenstände in die Sterilisierkammer 12 geladen oder mittels eines (nicht dargestellten) Förderbandes durch sie hindurch geführt. Statt dessen kann die Kammer 12 auch ein zu sterilisierender Behälter sein, beispielsweise ein Handschuhkasten. Die Gegenstände sind, beispielsweise, medizinische, zahnmedizinische, bestattungstechnische oder pharmazeutische Instrumente, Einzelteile für chirurgische Implantate und Ähnliches. Die Sterilisierkammer 12 wird mit einem Dampf der im Vorratsbehälter 24 enthaltenen Sterilisiermittelflüssigkeit gefüllt.
Eine Mikroprozessor-Steuereinheit 30 regelt das gezielte Öffnen und Schließen des Ventils 20. Die Steuereinheit 30 ist über eine elektrische Verbindung 32 an das Ventil 20 angeschlossen. Der Mikroprozessor 16 und die Steuereinheit 30 sind in 1 als getrennte, über den Verbindungsstrang 34 miteinander verbundene Komponenten dargestellt. Es ist jedoch zu beachten, dass die beiden Mikroprozessoren 16 und 30 durch eine einzige Mikroprozessor-Steuereinheit ersetzt werden kann. Zusammen ergeben die Mikroprozessoren 16 und 30 das Regelungssystem für das System 14.
Der Verdampfer 22 ist mit einer Heizfläche 36 ausgerüstet. Eine gesamte Einheitsmenge der Sterilisierflüssigkeit (Sterilisiermittel und Wasser) wird durch Blitzverdampfung in dem Verdampfer in einen Sterilisiermittel-Dampf verwandelt und zwar so, dass die relative Zusammensetzung des verdampften Sterilisiermittels und die des flüssigen Sterilisiermittels im Wesentlichen gleich sind. Das verdampfte Sterilisiermittel fließt von dem Verdampfer durch eine Dampfzuführungsleitung 38 und weiter durch einen Einlassstutzen 40 in die Sterilisierkammer 12.
1 ist die Darstellung eines Durchfluss-Sterilisiersystems 14; es ist aber zu beachten, dass der Sensor auch in einem statischen System angewendet werden kann. Bei einem Durchflusssystem fließt ein Trägergas kontinuierlich von der Trägergas-Quelle 44 durch die Zuführungsleitung 46 in den Verdampfer 22 hinein. Das Trägergas und das verdampfte Sterilisiermittel vermischen sich im Verdampfer und die Mischung aus Trägergas und Sterilisiermittel-Dampf fließt durch den Einlassstutzen 40 in die Sterilisierkammer 12. Als Trägergas-Quelle 44 kann ein Kompressor (z. B. für Luft) oder ein mit komprimiertem Gas gefüllter Druckzylinder oder Druckbehälter eingesetzt werden. Bei Systemen, die mit Saugdruck arbeiten, kann die auf Umgebungsdruck befindliche Luft mit konstanter Zuflussrate in das System eingelassen werden. Der Zufluss des Trägergases in das System wird über ein Trägergas-Einlassventil 48 gesteuert. Wahlweise kann eine Pumpe 50 verwendet werden, um den Dampf in die Kammer zu fördern oder daraus abzusaugen.
Das System 14 in 1 ist als Umwälzsystem dargestellt; es werden aber auch Einmal-Durchfluss-Systeme erwogen. Der Umwälzfluss des Trägergases und Sterilisiermittel-Dampfes über den Rückflusspfad durch Leitung 52 wird durch ein Umwälzfluss-Regelventil 54 gesteuert. Im Fall eines Umwälzsystems werden die Ventile 54 und 48 vorzugsweise über die elektrischen Leitungen 56 und 58 von einem Verfahrensregelungsteil der Mikroprozessor-Steuereinheit 30 oder des Mikroprozessors 16 gesteuert.
Weiterhin Bezug nehmend auf 1, wird das Trägergas vorzugsweise durch ein steriles Filter 60 in der Zuführungsleitung 46 geleitet und kann wahlweise zum Trocknen durch einen Trägergastrockner 62 geleitet werden. In einem Umwälzsystem kann der Trockner in solcher Weise betrieben werden, dass er den Feuchtigkeitsgehalt des umgewälzten Trägergases reguliert. Der Trockner 62 kann über eine elektrische Leitung 64 von der Mikroprozessor-Steuereinheit 30 oder dem Mikroprozessor 16 gesteuert werden.
In der Ausführung gemäß 1 fließen das Trägergas und der verbrauchte Dampf durch den Auslassstutzen 68 aus der Sterilisierkammer 12 heraus, durch die Rückflussleitung 52 zu einem katalytischen Zersetzer 70 und weiter, zum Aufwärmen und Trocknen, durch den Erhitzer/Trockner 62. Die Rückflussleitung 52 wird im Erhitzer/Trockner 62 mit der Trägergas-Zuführungsleitung 46 zusammengeführt. Das Trägergas wird dann im geschlossenen Kreislauf des Durchflusssystems umgewälzt.
Das Durchflusssystem kann auch als offenes System betrieben werden, indem das Ventil 54 geschlossen und das an die Abgasleitung 76 anschließende Ventil 74 geöffnet und damit das Trägergas aus der Kammer 12 in die Atmosphäre freigesetzt wird. Wie in 1 dargestellt, wird das Ventil 74 vorzugsweise über die elektrische Leitung 78 von der Mikroprozessor-Steuereinheit geregelt. Der katalytische Zersetzer 70 wird so betrieben, dass er den restliche Sterilisiermittel-Dampf in ungefährliche Nebenprodukte zersetzt und somit das umgewälzte Trägergas vom Sterilisiermittel befreit; folglich bedarf es einer neuen Charge des Sterilisiermittel-Dampfes, um die erwünschte Konzentration zu erreichen. Wahlweise kann das Trägergas auch zusammen mit dem restlichen Sterilisiermittel-Dampf umgewälzt werden; in diesem Fall wird nur die Menge Sterilisiermittel-Dampf neu zugeführt, die erforderlich ist, um den Sterilisiermittel-Dampf auf die erwünschte Konzentration zu bringen.
Wenn die Apparatur gemäß 1 als Hochvakuum-Sterilisiersystem betrieben werden soll, wird das oben beschriebene Trägergassystem entweder nicht verwendet und von der Zuführungsleitung 46 mittels des von der Mikroprozessor-Steuereinheit 30 über die Verbindungsleitung 81 geregelten Ventils 80 getrennt, oder aber die Apparatur enthält gar kein Trägergassystem. Bei dieser Ausführung bleiben die Ventile 54 und 80 immer geschlossen, außer wenn das Hochvakuum entlastet und das System mit Außenluft aufgefüllt werden soll.
Im Falle einer Hochvakuum-Ausführung gemäß 1 führt der Auslassstutzen 68, in gleicher Weise wie beim Durchflusssystem, zuerst zu dem katalytischen Zersetzer 70 und sodann über die Abgasleitung 76 zu einer (nicht dargestellten) Vakuumpumpe. Die Vakuumpumpe erzeugt das für diese Art Ausführung bestimmte Hochvakuum. In gleicher Weise wie bei anderen Ausführungen wird in dem katalytischen Zersetzer 70 das Wasserstoffperoxid in Wasser und Sauerstoff zersetzt.
Wenn in einem geschlossenen Durchflusssystem eine Sensorsonde 10 verwendet wird, ist der Einsatz eines katalytischen Zersetzers nicht unbedingt erforderlich. Da das Sensorsystem 1 die Konzentration von Wasserstoffperoxid oder einem anderen Sterilisiergas in Echtzeit bestimmen kann, braucht der Kammer nur die Dampfmenge zugeführt zu werden, die erforderlich ist, um in der Sterilisierkammer 12 die festgelegte Konzentration von Wasserstoffperoxid oder einem anderen Sterilisiergas aufrecht zu erhalten.
Die Sterilisierkammer 12 ist vorzugsweise mit einer Heizung 82 ausgestattet, die für die, bei einer höheren als Raumtemperatur durchzuführenden Sterilisiervorgänge die erforderliche Energie liefert. Die Heizung 82 wird über die elektrische Leitung 84 von der Mikroprozessor-Steuereinheit 30 geregelt werden. Statt dessen oder zusätzlich kann das Trägergas erwärmt werden, bevor es entweder in das System als ganzes oder in die Sterilisierkammer 12 eingeleitet wird.
Die in 1 dargestellte Mikroprozessor-Steuereinheit 30 ist vorzugsweise über die elektrischen Leitungen 86, 88 mit einer Mehrzahl von Sensoren 90, 92 verbunden, die zusätzlich zu der Sensorsonde 10 in der Sterilisierkammer 12 verteilt sind. Diese Sensoren liefern Daten über, beispielsweise, Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit und andere wichtigen Zustände innerhalb der Kammer 12. Diese Daten werden von dem Mikroprozessorteil der Mikroprozessor-Steuereinheit 30 verwendet, um entsprechend seiner Programmierung den Betrieb des Sterilisiersystems über den Steuerungsteil der Mikroprozessor-Steuereinheit 30 zu regeln.
Das System gemäß Anspruch 1 kann zur chemischen Dekontaminierung von Gegenständen verwendet werden, obwohl dann alle Gase, die die Kammer verlassen, vorzugsweise weiteren Behandlungsverfahren unterzogen werden, um sicherzustellen, dass alle gefährlichen chemischen Stoffe entfernt werden, bevor die Gase an die Atmosphäre entlassen werden. Vorzugsweise wird ein Verfahren gewählt, mit dem bereits bei einem einzigen Durchlauf sichergestellt ist, dass keine gefährlichen Stoffe umgewälzt werden. Zusätzliche in der Abgasleitung 76 angebrachte Sensoren (nicht dargestellt) stellen noch geringste Spuren verbliebener gefährlicher Stoffe fest und weisen die Steuereinheit an, mit dem Vorgang der Dekontaminierung fortzufahren, bis der Pegel gefährlicher Stoffe im Abgasdampf auf unbedenkliche Werte reduziert worden ist.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 2, wird hier eine erste Ausführung der Sensorsonde 10 dargestellt. Die Sensorsonde 10 enthält ein lichtempfangendes Teil 94 mit dem Detektorsystem 96. Die Sonde enthält des weiteren ein lichtausstrahlendes Teil 98, das die Strahlungsquelle 100 enthält, beispielsweise einen Infrarotstrahler. Ein Kollimator 101, beispielsweise ein Parabolspiegel, erzeugt einen gebündelten Infrarot-Strahl D. Das Detektorsystem 96 und die Strahlungsquelle 100 gemäß 1 und 2 sind innerhalb der Kammer 12 angeordnet. Statt dessen können die Quelle und der Detektor auch außerhalb der Kammer 12 angeordnet werden und werden dann, wie weiter unten beschrieben, über fiberoptische Kabel oder Ähnlichem mit der Kammer verbunden. Das Detektorsystem 96 und die Strahlungsquelle 100 sind durch ein Raumvolumen voneinander getrennt, durch das der Dampf geführt wird. In der Ausführung gemäß 1 sorgt ein Hohlkörper 102 sowohl für Positionierung und Ausrichtung des lichtausstrahlenden Teils 98 und des lichtempfangenden Teils 94, als auch für den Schutz, dass keine Objekte aus der Sterilisierkammer 12 den Lichtweg 104 zwischen Sende- und Empfangsteil des Sensors verstellen. Der Körper 102 enthält mehrere Öffnungen 106, z. B. Schlitze, Löcher oder andere Perforationen, durch die der zu messende Sterilisierdampf frei hindurchfließen kann. Über die Öffnungen 106 ergibt sich ein freier Durchlass und Austausch des Sterilisierdampfes durch den Lichtweg 104 des Lichtstrahl, so dass der mit dem Lichtstrahl interagierende Sterilisierdampf repräsentativ ist für den Dampf in der Sterilisierkammer 12. Vorzugsweise sind die Öffnungen 106 in dem Körper 102 möglichst groß, um somit dem Sterilisierdampf einen freien Durchfluss zu bieten, aber gleichzeitig so klein, dass keine Objekte aus der Sterilisierkammer 12 den Lichtweg 104 verstellen können. Der Körper sorgt auch für genügend Stabilität des Systems, um Schwingungen zu minimieren und die optische Ausrichtung zu erhalten. Die Öffnungen werden vorzugsweise so angeordnet, dass kein Streulicht auf das Detektorsystem 96 treffen kann. Beispielsweise werden die Öffnungen 106, wie in 13 dargestellt, als Abstände zwischen Jalousie-Blenden ausgebildet.
Vorzugsweise werden zwei oder mehr Sensorproben 10 eingesetzt, beispielsweise in den Positionen A, B und/oder C (1). Bei der Position A ist die Sensorsonde 10 neben dem Einlassstutzen 40 angeordnet. Da die Position A am nächsten an dem Einlassstutzen 40 liegt, kann der Messwert hier auch die höchste Konzentration des Wasserstoffperoxids anzeigen. Bei der Position B ist die Sensorsonde halbwegs zwischen Einlassstutzen 40 und Auslassstutzen 68 angeordnet. Position B kann der zu sterilisierenden Ladung am nächsten sein, weswegen die dort gemessene Konzentration des Wasserstoffperoxids am repräsentativsten für die auf die Ladung einwirkende Konzentration sein wird. Bei der Position C ist die Sensorsonde neben der Rückführungsleitung 52 angeordnet. Diese Position wird den niedrigsten Messwert der Konzentration des Wasserstoffperoxids ergeben; wenn es aber erwünscht ist, dass ein unterer Grenzwert der Konzentration des Wasserstoffperoxids eingehalten werden soll, sollte diese Position den hierfür genauesten Wert ergeben. Die eigentliche Platzierung der Sensorsonde(n) 10 sollte, im Hinblick auf den genauen Einsatz des Sterilisiersystems, am besten durch den Anwender bestimmt werden. Mehr als eine Sensorsonde 10 kann in dem System montiert und der Mikroprozessor so programmiert werden, dass er nur die eine oder aber auch mehrere der eingesetzten Sensorsonden 10 anwählt.
Alle Teile der Sensorsonde 10 und der des gesamten Systems, die mit Wasserstoffperoxid in Berührung kommen, bestehen bevorzugt aus einem Werkstoff, der inert ist gegen Wasserstoffperoxid, der aber auch kein Wasserstoffperoxid absorbiert oder adsorbiert. Entsprechenderweise wird der Sondenkörper 102 vorzugsweise aus passiviertem oder elektropoliertem Edelstahl oder passiviertem Aluminium hergestellt. Andere Werkstoffe, die nicht schädlich mit Wasserstoffperoxid interagieren, sind beispielsweise Glass, Polytetrafluoroäthylen (PTFE, Teflon^TM), und Viton. Der Sondenkörper 102 hat vorzugsweise Öffnungen an beiden Enden, in denen jeweils der lichtaussendende und der lichtempfangende Teil fest eingebaut werden kann. Der Form des Sondenkörpers ist vorzugsweise prismatisch mit eckigem Querschnitt, z. B. einem achteckigen, sechseckigen oder quadratischen Querschnitt. Der lichtempfangende Teil 96 und der lichtaussendende Teil 98 sind so gebaut, dass sie in die gegenüberliegenden offenen Enden des Sondenkörpers eingepasst werden können. Der eckige Querschnitt verringert die Möglichkeit, dass der Sondenkörper 102 beim Herausnehmen aus der Sterilisierkammer und Ablegen auf einer flachen Fläche wegrollt und dabei empfindliche Teile der Sonde 10 beschädigt werden. Vorzugsweise umfasst der Sondenkörper 102 auch Einrichtungen, um die korrekte Ausrichtung des lichtaussendenden Teils mit dem lichtempfangenden Teil zu erhalten und somit die Signalstärke zwischen ihnen zu maximieren. Die Sensorsonde 10 kann an dem lichtaussendenden und lichtempfangenden Teil auch Spiegel und/oder Linsen zum Fokussieren und Ausrichten der Strahlen enthalten.
Der Mikroprozessor 16 ist vorzugsweise dafür programmiert, die Konzentration des Wasserstoffperoxids in der Sterilisierkammer 12 auf der Basis der von dem lichtempfangenden Teil 94 aus übertragenen Daten zu errechnen. Der Mikroprozessor 16 ist operativ mit der Mikroprozessor-Steuereinheit 30 verbunden, Selbstverständlich kann der Mikroprozessor 16 mit dem Mikroprozessorteil der Mikroprozessor-Steuereinheit 30 eine Einheit bilden, wobei die Ausgabesignale dieses vereinigten Mikroprozessors sodann die Eingabe für eine Steuereinheit sind. Sind die Mikroprozessoren in dieser Weise vereinigt, dann erfolgt die Ausgabe bevorzugt als ein digitales Signal, beispielsweise als ein serieller Datenstrom, direkt oder über ein digitales Interface oder eine digitale Verbindung an die Steuereinheit, die den Betrieb der Sterilisierkammer 12 daraufhin in gleicher Weise regelt, wie sie im Zusammenhang mit der Mikroprozessor-Steuereinheit 30 beschrieben worden ist.
Die Mikroprozessor-Steuereinheit 30 und/oder der Mikroprozessor 16 steuern einige oder alle folgenden Parameter: die Leistung der Kammerheizung, die Fließgeschwindigkeit des Trägergases, die Einwirkungsdauer der Gegenstände, die Zusammensetzung der in den Verdampfer eingeleiteten Sterilisierflüssigkeit und weitere Aspekte des Systems 14; dadurch wird sichergestellt, dass optimale Sterilisierbedingungen aufrecht erhalten bleiben und dass die Einwirkungsdauer bei den zu sterilisierenden Gegenständen für die erwünschte Sterilisierung ausreicht. Die Steuerung kann in Echtzeit erfolgen, indem auf der Basis der errechneten oder gemessenen Werte der Konzentration des Sterilisiermittels, der Wasserkonzentration, des Drucks, der Temperatur und Ähnlichem die erforderlichen Justierungen durchgeführt und somit bestimmte Werte aufrechterhalten und die Sterilisierbedingungen optimiert werden. Wenn die Steuereinheit 16, beispielsweise, einen plötzlichen Abfall der Temperatur in der Kammer feststellt, kann sie als erste Reaktion darauf die Dampfzufuhr kurzzeitig drosseln, um Dampfkondensation zu verhindern; sie wird dann aber als Kompensation die Einwirkungszeit verlängern.
Statt dessen kann der Mikroprozessor 16 dafür programmiert werden, die Daten des Sensorsonde 10 zu empfangen und daraus die Konzentration des Sterilisierdampfes in der Kammer 12 zu errechnen. In dieser Ausführung ist die Mikroprozessor-Steuereinheit 30 dafür programmiert, die vom Mikroprozessor 16 errechnete Konzentration des Sterilisierdampfes zu empfangen und ferner die Temperatur, den Druck, die Luftfeuchtigkeit und andere ihr verfügbaren Parameter der Sterilisierkammer 12 zu empfangen. Der Mikroprozessor 16 kann auch dafür programmiert sein, die erforderliche Qualität des der Kammer 12 zuzuführenden Sterilisierdampfes zu errechnen und sodann der Mikroprozessor-Steuereinheit 30 über die Verbindungsleitung 34 zu signalisieren, dass sie eine entsprechende Menge Sterilisierflüssigkeit in den Verdampfer 22 einleiten und somit den erforderlichen Sterilisierdampf erzeugen soll.
Die Infrarotquelle 100 und Infrarotmesssystem 96 sind jeweils geeignet, Infrarotlicht zu erzeugen beziehungsweise quantitativ zu bestimmen und zwar zumindest bei einer bestimmten Wellenlänge. Die Infrarotquelle ist vorzugsweise eine multichromatische Quelle, die im Wesentlichen in der bestimmten Wellenlänge(n) oder aber über einen Bereich des Infrarotspektrums abstrahlt. Vorzugsweise vermag das Infrarotmesssystem die Stärke sowohl des zurückgestrahlten als auch des eingestrahlten Signals zu bestimmen und diese Daten an den Mikroprozessor 16 weiterzuleiten.
Die Strahlung der Infrarotquelle 100 wird, wahlweise zuerst mittels eines fiberoptischen Sendekabels in die Dämpfe in der Sterilisierkammer 12 gelenkt. Die von dem Mehrkomponentendampf nicht absorbierte Strahlung erreicht das Infrarotmesssystem 96, wahlweise durch ein fiberoptisches Empfangskabel.
Unter Bezugnahme auf 3A, 3B und 3C konnte gezeigt werden, dass Wasserstoffperoxid und Wasser im mittleren Infrarotbereich deutlich unterschiedliche Absorptionspeaks erzeugen. Diese Kurven wurden beispielsweise für den Wellenlängenbereich zwischen 2,5 und 9,5 μ bestimmt. 3A zeigt den Kurvenverlauf der Absorbanz einer Dampfmischung aus 50% Wasserstoffperoxid und 50% Wasser. 3B zeigt den Kurvenverlauf der Absorbanz von reinem Wasser (allerdings befand sich bei diesem Beispiel unglücklicherweise von einem vorigen Versuch mit einer Dampfmischung noch ein kleine Menge Wasserstoffperoxid in dem System). 3C zeigt, wie man durch Subtraktion der Kurve aus 3B von der aus 3A die Daten des Wasserstoffperoxids erhält. Ein für Wasserstoffperoxid und Wasser gemeinsamer Peakbereich wird zwischen 2,5 und 3 μ sichtbar. Zwischen 4 und 4,5 μ ist ein von Kohlensäure erzeugter Peak zu sehen, die nicht aus dem System ausgeschlossen war. Die auf reines Wasser zurückzuführenden Peaks liegen zwischen ungefähr 5 und 7,5 μ. Oberhalb 7,5 μ (genauer zwischen ungefähr 7,5 und 8,4 μ) liegen die gekoppelten Peaks des Wasserstoffperoxids. Aus 3B ist leicht ersichtlich, dass in diesem Bereich Wasser keine Lichtabsorption zeigt und gemessene Werte daher fast ausschließlich auf Wasserstoffperoxid zurückzuführen sind. Zur Bestimmung des Wasserstoffperoxids sind daher keine komplexen Subtraktionsverfahren erforderlich, wenn dieser Bereich des Spektrums verwendet wird. Es kann vorausgesetzt werden, dass alle dort gemessenen Werte auf Wasserstoffperoxid zurückzuführen sind.
Indem die zu bestimmende Wellenlänge oder der Wellenlängenbereich zwischen 7,5 und 8,4 μ gewählt wird, also aus dem Bereich, in dem der Peak des Wasserstoffperoxids angesiedelt ist, kann das Wasserstoffperoxid bestimmt werden, ohne zuerst die beiden vorwiegend durch Wasserstoffperoxid und durch Wasser erzeugten Peaks bestimmen und anschließend den Anteil des Wassers an den gemessene Werten abziehen zu müssen, um somit die Absorption des Wasserstoffperoxids zu erhalten. Wenn allerdings eine Wellenlänge gewählt wird, bei der es doch eine geringe Überlappung der Komponenten-Peaks gibt, kann die Subtraktionsmethode weiter verwendet werden, um den Anteil des Wassers oder einer anderen Komponente aus dem Messwert des Sterilisiermittels wegzufiltern.
4A, 4B, und 4C zeigen den Bereich des Spektrums zwischen 5 und 9 μ aus den Kurven der 3A, 3B, und 3C. In einer bevorzugten Ausführung bestimmt der Sensor das Wasser in dem Bereich W zwischen ungefähr 5,2 und 7,2 μ (entweder durch Integration des gesamten Spektrums in diesem Bereich oder durch Selektion einzelner engerer Spektralbereiche in dem Peakbereich). Der Sensor bestimmt das Wasserstoffperoxid vorzugsweise in dem Bereich zwischen ungefähr 7,5 und 8,4 μ (entweder durch Integration des gesamten Spektrums in diesem Bereich oder durch Selektion einzelner engerer Spektralbereiche, z. B. bei ungefähr 7,75 oder 8,1 μ).
Erneut unter Bezugnahme auf 2 umfasst der lichtausstrahlende Teil 98 ein Gehäuse 108, in dem die Infrarot-Lichtquelle 100 montiert ist. Die Energiequelle 110 erzeugt in der Strahlenquelle 100 vorzugsweise einen modulierten (an- und auspulsierenden) Lichtstrahl D in dem bevorzugten Wellenlängenbereich zwischen ungefähr 5 und 9 μ (5000 bis 9000 nm), der durch das in dem Gehäuse angebrachte infrarotdurchlässige Fenster 112 und weiter durch den in dem Hohlkörper 102 zu messenden Dampf fällt. Die von dem Dampf nicht absorbierte Infrarotstrahlung fällt durch ein Fenster 116 in das Gehäuse 118 des Sensorsonden-Messsystems 112. Obwohl auch unmodulierte Lichtquellen erwogen werden, gibt eine modulierte Quelle der Steuereinheit die Möglichkeit, Rauschsignale auszufiltern.
Die Gehäuse 108, 118 können innerhalb der Kammer 12 oder in einem anderen Teil des Systems angeordnet werden. Im Falle einer Anordnung außerhalb der Kammer, wird das Fenster 116, durch das der Strahl D fällt, in eine Öffnung in der Kammerwand eingesetzt. Das Fenster kann auch mit einem Lichtführungsrohr, z. B. einem fiberoptischen Kabel, verbunden sein, durch das der Strahl D von der Kammer zu dem Fenster geleitet wird.
Die Infrarotstrahlung fällt sodann auf ein optisches Filtersystem 120, durch das die Wellenlängen außerhalb des interessierende Bereichs ausgefiltert werden. Bei einer Ausführung besteht das Filtersystem 120 aus mehreren Filterabschnitten 120A, 120B, 120C, und 120D (vier solcher Abschnitte sind in 2 dargestellt, obwohl auch erwogen wird, weniger oder mehr als vier Filterabschnitte zu verwenden). Jeder Filterbereich ist selektiv, d. h. durchlässig, für eine bestimmte Wellenlänge oder einen bestimmten Wellenlängenbereich im mittleren Infrarotspektrum. Das gefilterte Infrarotlicht von jedem der vier Filterabschnitte fällt auf einen Detektor 122, 124, 126, 128, der so angeordnet ist, dass er nur das Licht aus dem entsprechenden Filterabschnitt empfangen kann. Jeder der Detektoren reagiert nur auf eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich, die oder der in dem Wellenlängenbereich liegt, der von dem ihm zugeordneten Filterabschnitt durchgelassen wird. Es ist leicht ersichtlich, dass die Empfindlichkeit der Detektoren einen wesentlich breiteren Wellenlängenbereich umfassen kann, als der Wellenlängenbereich, der von dem jeweiligen Filter durchgelassen wird, da nur durchgelassene Wellenlängen gemessen werden. Statt dessen kann aber die Empfindlichkeit der Detektoren auch in einem viel engeren Wellenlängenbereich liegen als der des jeweiligen Filterabschnitts, wobei in diesem Fall der Detektor für die eigentliche Wellenlängenselektion zuständig ist. Sofern nur die Detektoren eine entsprechende Empfindlichkeit aufweisen, können die Filterabschnitte 120A, 120B, 120C, und 120D durch einen einzigen Filter 120, der das gesamte auf die Detektoren fallende Licht filtert, ersetzt werden oder aber das gesamte Filtersystem 120 kann entfallen. In allen Fällen wird der Filterabschnitt und der entsprechende Detektor oder eine Kombination aus Filterabschnitt und Detektor selektiv auf eine bestimmte Wellenlänge oder einen bestimmten Wellenlängenbereich abgestimmt.
Der erste Detektor 122 ist lichtempfindlich in einem vom ersten Filterabschnitt 120A durchgelassenen Wellenlängenbereich λ₁. Der Bereich λ₁ erstreckt sich vorzugsweise auf den gesamten Bereich oder einen Teilbereich des Wasserstoffperoxidbereichs L gemäß 4 (z. B., von ungefähr 7,5 bis 8,4 μ oder ein Teil dieses Bereichs). Ein zweiter Detektor 124 ist lichtempfindlich in einem Wellenlängenbereich λ₂, der vorzugsweise von λ₁ entfernt liegt und dem Wasserbereich entspricht (z. B., von ungefähr 5,2 bis 7,2 μ). Ein dritter Detektor 126 ist lichtempfindlich in einem Wellenlängenbereich λ₃, der von λ₁ und λ₂ entfernt liegt und einem Bereich entspricht, in dem weder Wasserstoffperoxid noch Wasserdampf absorbieren (z. B., von ungefähr 4,2 bis 4,6 μ). Dieser Detektor kann als Referenz zur Bestimmung der Lichtintensität und späteren Normalisierung der Signale der anderen Detektoren benutzt werden, um somit Fluktuationen der Intensität der Lichtquelle auszugleichen. Die Absorbanz kann sodann berechnet werden als logarithmiertes Verhältnisses der normalisierten Lichtintensität vor Einlass des Sterilisiermitteldampfes und der normalisierten Lichtintensität in Gegenwart des Sterilisiermitteldampfes, d. h.
wobei I₁ = Lichtintensität im Bereich λ₁ vor Einlass des Sterilisiermitteldampfes;
I₂ = Lichtintensität im Bereich λ₃ vor Einlass des Sterilisiermitteldampfes;
I₃ = Lichtintensität im Bereich λ₁ in Gegenwart des Sterilisiermitteldampfes;
I₄ = Lichtintensität im Bereich λ₃ in Gegenwart des Sterilisiermitteldampfes;
Der vierte Detektor 128 kann wahlweise als zweiter Referenzdetektor verwendet werden. Vorzugsweise liegt die Empfindlichkeit des einen Detektors 126 in einem niedrigeren Wellenlängenbereich als die der Peaks des Wassers und Wasserstoffperoxids, während die Empfindlichkeit des anderen Detektors 128 in einem höheren Bereich als die der Peaks liegt. Wahlweise kann der zweite Referenzdetektor entfallen.
In einer anderen Ausführung reicht die Empfindlichkeit des ersten Detektors 122 über den ganzen oder einen wesentlichen Teil des Wellenlängenbereichs L des Wasserstoffperoxidpeaks (z. B., von ungefähr 7,5 bis 8,4 μ), während die Empfindlichkeit des vierten Detektors 128 über einen engeren Wellenlängenbereich H (z. B., von ungefähr 8,25 bis 8,3 μ) reicht, der vorzugsweise etwas entfernt von dem Wasserstoffperoxidpeak liegt. Bei dieser Ausführung verwendet die Steuereinheit die Signale des einen oder des anderen Detektors 122, 128, je nachdem, ob eine hohe oder niedrige Konzentration des Wasserstoffperoxids vorliegt.
Beispielsweise kann das Sensorsystem 1 den gesamten als Block L dargestellten Bereich zwischen ungefähr 7,5 und 8,4 μ (oder einen Wellenlängenbereich, der einen oder mehrere Peaks umfasst) integrieren und somit noch relativ niedrige Konzentrationen des Wasserstoffperoxids bestimmen (z. B. im Bereich von 0,001 mg/l bis 0,1 mg/l, d. h., von 1 bis 100 ppm). Bei einer hohen Konzentration des Wasserstoffperoxids (z. B. im Bereich von 0, 1 mg/l bis 30 mg/l) verwendet das Sensorsystem den als Block H dargestellten schmalen Bereich (mit einer niedrigeren Absorbanz), der vorzugsweise etwas von dem Peakbereich P entfernt ist. In dem H-Bereich ist das einer vollständigen Absorbanz entsprechende Signal des Wasserstoffperoxids viel schwächer (vielleicht 10% der Signalstärke im L-Block, oder weniger). Vorzugsweise, wie auch in 4 dargestellt, liegt der für hohe Konzentrationswerte gewählte Wellenlängenbereich am oberen Bereichsende, z. B. zwischen 8,25 und 8,35 μ, d. h. da, wo Wasser wenig oder gar keine Absorption zeigt. Das Absorptionssignal einer bestimmten Wasserstoffperoxidkonzentration sollte aus dem Wellenlängenbereich des für niedrige Konzentrationen bestimmten Blocks L quantitativ wenigsten zweimal, besser zehnmal, am besten zwanzigmal so hoch sein, wie das entsprechende Absorptionssignal aus dem für hohe Konzentrationen bestimmten Block H; allerdings wird das bevorzugte Verhältnis stark von dem Bereich der im Einzelfall zu bestimmenden Konzentrationen abhängen. Wie aus 4 ersichtlich, können die für hohe Konzentrationen H und für niedrige Konzentrationen L gewählten Bereiche überlappend oder voneinander getrennt angeordnet sein. Wie in 4 beispielsweise dargestellt, kann die Absorbanz des Wasserstoffperoxids im Bereich λ₁ zweimal bis ungefähr 20 mal so hoch sein wie die Absorbanz im Bereich λ₄. Bei dieser Ausführung ist die Empfindlichkeit des vierten Detektors 128 beschränkt auf einen engen Bereich λ₄ (z. B. von 8,25 bis 8,35 μ), der von dem Bereich λ₁ getrennt oder, wie Block H in 4, mit λ₁ überlappend angeordnet sein kann.
Bei allen der oben beschriebenen Ausführungen sind die Detektoren 122, 124, 126, und 128 ausreichend weit entfernt von dem Fenster 116 angeordnet, so dass sie von Infrarot-Streustrahlung, die von einem warmen Körper oder einer Person in der Nähe des Detektorsystems 96 ausgestrahlt würde, nicht oder nur unwesentlich beeinflusst werden können. Dies wird dadurch erreicht, dass das Gehäuse 118 wie ein Kollimator wirkt, der verhindert, dass nicht-axiale Strahlung zu den Detektoren gelangt. Je länger der Kollimator, umso enger das Sichtfeld. Wahlweise wird auch erwogen, Kollimatorblätter, beispielsweise einen kreuzförmigen (+) Kollimator, zusätzlich zwischen den Detektorelemente anzuordnen. Je dichter die Blätter, umso enger das Sichtfeld. Und weiter, obwohl Filtersystem 120 in einigem Abstand von den Detektoren dargestellt ist, wird das Filtersystem vorzugsweise dicht vor, oder sogar aufliegend auf den Detektoren angeordnet, so dass nur wenig oder gar kein Licht des jeweiligen Filterabschnitts von einem anderen als dem zugehörigen Detektor empfangen werden kann.
Wie in 5 dargestellt, sind die Detektoren 122, 124, 126, 128 auf einen gemeinsamen Träger oder Trägermaterial 130, sei es ein Silikonchip oder ein Keramikgitter, aufgetragen. Beispielsweise sind die Detektoren in einem Quadrat angeordnet, wobei jeder Detektor eine Ecke des Quadrats belegt.
Unter Bezugnahme auf 6 werden die elektrischen Signale aus jedem der Detektoren 122, 124, 126, 128 über elektrische Pfade zu dem Embedded Controller (Fachjargon: integrierte Steuereinheit) 140 übermittelt, die sich entweder auf dem Träger oder Trägermaterial 130 oder innerhalb desselben befindet. Der Schaltkreis 132, 134, 136, 138 zur Übermittlung des Signals an den Embedded Controller 140 ist für jeden Detektor gleich und wird daher einfachheitshalber nur für den Detektor 122 beschrieben. Vorzugsweise entfernt ein Hochpass-RC-Filter 142 alle Gleichstromkomponenten des Signals. Ein Vorverstärker 144 verstärkt das Signal. Der Embedded Controller 140 kann so konfiguriert werden, das eine Direkteingabe eines analogen Signals möglich ist. Vorzugsweise wird aber ein Analog/Digital-Konverter 146 vorgeschaltet, um das gefilterte und verstärkte Signal in ein digitales Signal zu konvertieren.
Der Embedded Controller sendet die Signale jedes der vier Detektoren 122, 124, 126, 128 über ein elektrisches Verbindungskabel 147 und eine PC-Bus-Schnittstelle 148 und den PC-Bus 150 an den Mikroprozessor 16. Der Mikroprozessor empfängt die vier Signale und analysiert sie sequenziell, allerdings nicht unbedingt in der gemäß 6 dargestellten Reihenfolge. Der Mikroprozessor 16 empfängt des weiteren über die elektrische Verbindungsleitung 152 auch Signale von der Lichtquelle. Der Mikroprozessor nutzt die Modulationsfrequenz der Lichtquelle in seinen Berechnungen zur Beseitigung von Rauschsignalen. Der Embedded Controller 140 kann sowohl für den Empfang der Signale von den Detektoren 122, 124, 126, 128 als auch dafür eingesetzt werden, die Lichtquelle 100 zu modulieren. Entweder der Embedded Controller oder der Mikroprozessor 16 führt die Konvertierung der Detektorsignale in eigentliche Konzentrationswerte durch.
Ein Vorteil dieser Ausführung ist, dass keine beweglichen Teile erforderlich sind und dadurch die Wahrscheinlichkeit, dass Wartungskosten entstehen, reduziert wird. Allerdings, wenn Größe oder Kosten der Detektoren eine Rolle spielen, sind andere Ausführungen mit weniger Detektoren möglicherweise vorzuziehen.
Unter Bezugnahme auf 7 wird eine alternative Ausführung einer Sensorsonde 10' dargestellt. Gleiche Komponenten sind dabei durch ein Hochkomma (') gekennzeichnet, während neue Komponenten neue Ziffern erhalten. Die Sensorsonde besteht aus einem das Detektorsystem 96' enthaltenden lichtempfangenden Teil 94' und aus einem lichtaussendenden Teil 98'. Der lichtaussendende Teil besteht aus einer Strahlenquelle 100', z. B. eine Infrarotlichtquelle, analog zu der modulierten Strahlenquelle 100 gemäß 2. Das Detektorsystem und die Strahlenquelle können innerhalb der Kammer 12 angeordnet werden oder mit ihr, beispielsweise, über fiberoptische Kabel verbunden sein. Bezüglich der Ausführung gemäß 2, sorgt der Hohlkörper 102' dafür, dass der lichtaussendende Teil und der lichtempfangenden Teil aufeinander ausgerichtet bleiben, und verhindert gleichzeitig, dass Gegenstände aus der Sterilisierkammer 12 den Lichtweg D zwischen lichtaussendendem und lichtempfangendem Teil verstellen können. Der lichtaussendende Teil 98' besitzt vorzugsweise ein (nicht dargestelltes) Gehäuse analog zu dem Gehäuse 108. Der lichtempfangenden Teil besitzt ebenfalls ein Gehäuse 118' und ein infrarotdurchlässiges Fenster 116', ganz analog der Ausführung gemäß 2.
Das Detektorsystem 96' enthält ein Lichtleitsystem 160, beispielsweise eine Anzahl von Strahlenteilern 162, 164, 166 (drei sind in 7 dargestellt), durch die das Licht auf mehrere Lichtbahnen verteilt wird (vier Bahnen gemäß 7). Die Strahlenteiler sind vorzugsweise Zink-Selenid- oder Germanium-Fenster, an denen ein bestimmter Prozentsatz des Lichts aller Wellenlängen reflektiert und durch die der Rest hindurch gelassen wird. Das Detektorsystem besteht aus einer Anzahl von Detektoren 122', 124', 126' und 128', analog den Detektoren 122, 124, 126, und 128, wobei jeder auf eine bestimmte Wellenlänge oder einen bestimmten Wellenlängenbereich reagiert. Die Strahlteiler teilen den Lichtstrahl so auf, dass jeder einen Teil des Lichts auf jeweils einen anderen Detektor 122', 124', 126' lenkt. Der letzte Detektor 128' empfängt das Licht, das ungehindert durch die drei Strahlteiler gefallen ist.
Vorzugsweise ist jeder Detektor mit einem Filter 170, 172, 174, 176 versehen, der einen bestimmten Wellenlängenbereich auswählt. Die Filter 170, 172, 174, 176 haben eine analoge Funktion wie die Filterabschnitte 120A, 120B, 120C, and 120D. Beispielsweise ist der Filter 170 des ersten Detektors 122' durchlässig für den Wellenlängebereich λ₁, der dem breiten Bereich L des Wasserstoffperoxids in 4 entspricht (z. B. von ungefähr 7,5 bis 8,4 μ) und auf den der erste Detektor reagiert. Der optische Filter 172 des zweiten Detektors 124' ist durchlässig für den Wellenlängebereich λ₂, der dem Wasserbereich entspricht (z. B. von ungefähr 5,2 bis 7,2 μ) und auf den der zweite Detektor 124' reagiert. Der optische Filter 174 des dritten Detektors 126' ist durchlässig für den Wellenlängebereich λ₃, der einem Bereich entspricht, in dem weder Wasserstoffperoxid noch Wasser absorbieren (z. B. von ungefähr 4,2 bis 4,6 μ) und auf den der dritte Detektor 126' reagiert. Dieser Detektor kann als Referenz benutzt werden bei der Bestimmung der Intensität des übertragenen Lichts, die dann wiederum in der Berechnung der Absorbanz für die anderen Detektoren benutzt wird (Absorbanz wird üblicherweise bestimmt als des Verhältnis der logarithmierten Intensität des Detektors zur logarithmierten Intensität des Referenzdetektors). Der vierte Detektor 128' ist ein zweiter Referenzdetektor und, wie auch in der Ausführung gemäß 2, nur in einem engen Wellenlängenbereich λ₄ (z. B. von ungefähr 8,25 bis 8,3 μ) empfindlich. Das Gehäuse 118' kann innerhalb der Kammer 12 oder einem anderen Teil des Systems 14 angeordnet werden. Im Falle einer Anordnung außerhalb der Kammer, wird das Fenster 116', durch das der Strahl D fällt, in eine Öffnung in der Kammerwand eingesetzt. Das Fenster kann auch mit einem Lichtführungsrohr, z. B. einem fiberoptischen Kabel, verbunden sein, durch das der Strahl D von der Kammer zu dem Fenster geführt wird. Die Schaltkreise 132', 134', 136', 138' sind analog zu denen in 2 und verbinden jeweils die vier Detektoren 122', 124', 126', und 128' mit dem Mikroprozessor 16.
Es ist leicht zu verstehen, dass das Sensorsystem 10 der Ausführungen gemäß den 2 und 7 dadurch vereinfacht werden kann, dass eine oder mehrere Komponenten, z. B. einer oder mehrere der Strahlteiler (sofern vorhanden) und/oder einer oder mehrere der Detektoren, weggelassen werden. Beispielsweise kann der Wasserdetektor 124, 124' und der entsprechende Strahlteiler 164 (sofern vorhanden) wegfallen, wenn die Wasserkonzentration durch andere Methoden bestimmt wird. Entweder der für eine hohe oder der für eine niedrige Konzentration des Wasserstoffperoxids zuständige der Detektoren 136, 136', 142, 142' kann entfallen, beispielsweise, wenn die zu bestimmende Konzentration des Wasserstoffperoxids in einen relativ schmalen Bereich fällt. Letztlich könnte auch der Referenzdetektor 140, 140' durch andre Mittel zur Bestimmung der Referenzintensität ersetzt werden.
Durch das Assoziieren jeweils eines der Filter 120A, 120B, 120C, 120D, 170, 172, 174, 176 mit jeweils einem der Detektoren 122, 122', 124, 124', 126, 126', 128, 128' wird die erforderliche Empfindlichkeit der Detektoren verringert. Beispielsweise können die Detektoren 122', 124', 126', und 128' untereinander identisch sein, wenn die jeweiligen Filter die entsprechenden Wellenlängenbereiche herausfiltern.
Andere Methoden, mit denen der Lichtstrahl auf eine Mehrzahl von Detektoren gelenkt werden kann, werden erwogen. Beispielsweise kann ein Prisma den Lichtstrahl D durch Brechung in verschiedene Wellenlängenbereiche aufteilen, und die Detektoren können zum Empfang dieser verschiedene Wellenbereiche entsprechend platziert werden.
Systeme mit eine höheren Komplexität werden auch erwogen. Wenn, beispielsweise, mehr als zwei Dampfkomponenten zu bestimmen sind, können zusätzliche Detektoren und wahlweise auch zusätzliche Strahlteiler eingesetzt und/oder zusätzliche Wellenlängenbereiche gemessen werden, um für diese Komponenten Daten zu erhalten. Es kann auch erwünscht sein, mehr als zwei Wasserstoffperoxid-Detektoren einzusetzen, z. B. Peroxid-Detektoren im unteren, mittleren und oberen Wellenlängenbereich. Auch die Position der Detektoren ist variierbar, beispielsweise kann der obere mit dem unteren Wellenlängenbereichsdetektor ausgetauscht werden.
Es ist auch verständlich, dass die Breite und die Wellenlänge des durch die Filter 120A, 120B, 120C, 120D, 170, 172, 174, 176 ausgewählten Wellenlängenbereichs variiert werden können und zwar je nach dem Bereich der in dem überwachten System zu erwartenden Konzentrationen und je nach den zu überwachenden chemischen Komponenten.
Der Mikroprozessor 16 bekommt die Signale von jedem der Detektoren 122, 124, 126, 128, oder 122', 124', 126', 128' zugespielt und nutzt seine Signalverarbeitungsarchitektur, um der Konzentration des Wasserstoffperoxids und/oder des Wassers in dem Dampf zu berechnen und hinsichtlich der Rauschsignale zu korrigieren. Wenn zwei Wasserstoffperoxid-Detektoren verwendet werden und die Konzentration des Wasserstoffperoxids relativ niedrig ist, z. B. wenn die Absorptionssignale von dem Detektor 128, 128' für hohe Konzentrationswerte des Wasserstoffperoxids unter einen vorherbestimmten Wert fallen (oder außerhalb dessen Messbereich liegen), dann wird der Mikroprozessor die Signale von dem Detektor für hohe Konzentrationen ignorieren und nur die Signale vom Detektor 122, 122' für niedrige Konzentrationen auswerten. Umgekehrt, wenn die Konzentration des Wasserstoffperoxids relativ hoch ist, d. h. über einen vorherbestimmten Wert steigt und die Absorptionssignale von dem Detektor 122, 122' für niedrige Konzentrationswerte des Wasserstoffperoxids über einen vorherbestimmten Wert steigen (oder außerhalb dessen Messbereich liegen), dann wird der Mikroprozessor die Signale von dem Detektor der niedrigen Konzentration ignorieren und nur die Signale vom Detektor der hohen Konzentration auswerten.
Durch die Verwendung von zwei oder mehr Detektoren, mit jedem bei einer unterschiedlichen Wellenlänge oder einem unterschiedlichen Wellenlängenbereich, ist es möglich, einen breiten Bereich der Wasserstoffperoxidkonzentration abzudecken, ohne komplexe Konverter verwenden zu müssen.
Die Stromversorgung 100 der modulierten Lichtquelle ist mit der Signalverarbeitungselektronik des Embedded Controller 140 oder des Mikroprozessors 16 verbunden, so dass der jeweilige Prozessor über die Pulsrate des modulierten Lichtsignals informiert und dadurch im Stande ist, seine Berechnung auf die Pulse einzustellen.
Unter Bezugnahme auf 8 wird eine dritte Ausführung eines Detektorsystems 212 gezeigt. Bei dieser Ausführung wird, analog zur ersten Ausführung, ein Lichtstrahl D von einer bündelnden Lichtquelle 216 ausgestrahlt. Der Lichtstrahl fällt durch den zu messenden Dampf und sodann durch ein Fenster 224 in das Detektorsystem. Das Licht wird durch ein Lichtleitsystem 226 auf einen von mehreren Filtern 228, 230, 232, 234 gelenkt (in 9 sind vier Filter dargestellt). Wie in 8 dargestellt, besteht das Lichtleitsystem aus einer ersten reflektierenden Fläche 240, z. B. einem fokussierenden Konkavspiegel, durch die der Lichtstrahl auf eine zweite reflektierende Fläche oder einen biegbaren Spiegel 242 gelenkt wird. Der biegbare Spiegel reflektiert das Licht auf den ausgewählten Filter. Auch andere Systeme zum Dirigieren des Lichts auf den Filter werden erwogen.
Wahlweise ist zumindest ein erster der Filter 228 selektiv (d. h. durchlässig) für Licht innerhalb des oben beschriebenen Blocks H und daher geeignet für die Bestimmung hoher Konzentrationen, und ein zweiter Filter 230 ist selektiv für Licht innerhalb des Blocks L und daher geeignet für die Bestimmung niedriger Konzentrationen, beziehungsweise, niedriger Konzentration von Wasserstoffperoxid. Wahlweise steht ein dritter Filter 232 als Referenzkanal zur Verfügung, der in einem Bereich durchlässig ist, in dem keine der Dampfkomponenten Licht absorbiert, und der daher zur Bestimmung der Rauschsignale geeignet ist. Ein vierter Filter 234 ist nur durchlässig im Wellenlängenbereich der Absorption des Wassers. In gleicher Weise wie bei der Ausführung gemäß 7, kann einer der Filter 230 wahlweise als zweiter Referenzfilter eingesetzt werden. Wie bereits im Zusammenhang mit 7 besprochen, kann auch hier einer oder der andere der Filter entfallen, vorausgesetzt, zumindest ein Filter zur Bestimmung des Wasserstoffperoxids oder einer anderen interessierenden Komponente bleibt erhalten.
Wie in 9 dargestellt, sind die Filter 228, 230, 232, 234 außen im Randbereich eines drehbaren Filterrads 250 angeordnet. Ein fünfter Platz 252 im Randbereich wird vorzugsweise geschlossen gelassen, um dem Detektor die Messung des Rauschsignals zu ermöglichen. Das Filterrad 250 ist drehbar angeordnet, so dass die Filter einer nach dem anderen vor dem Detektor 256 positioniert werden können. Ein mit dem Filterrad verbundener Motor 258 dreht das Filterrad während der Messung. Der Motor wird entweder von dem Mikroprozessor 16 über die Verbindungsleitung 259 gesteuert oder seine Drehgeschwindigkeit wird von ihm überwacht. Ein optischer Fühler 260 misst die Winkelposition des Filterrads und gibt diese Information über die Verbindungsleitung 259 an die Signalverarbeitungselektronik des Mikroprozessors 16 weiter. Eine weitere Verbindungsleitung 264, in der sich auch ein Schaltkreis analog dem Schaltkreis 132 gemäß 6 befinden kann, leitet die Daten von dem Detektor 256 zu dem Mikroprozessor 16. Aus all diesen Daten kann die Signalverarbeitungselektronik zu jeder Zeit das Detektorsignal mit dem gerade benutzten Filter korrelieren. Wahlweise kann der optische Fühler 260 entfallen und dafür die Geschwindigkeit des Motors 258 dazu benutzt werden, die Position der Filter 228, 230, 232, 234 zu bestimmen. Das Filterrad, die Spiegel, der Detektor und der optische Fühler sind vorzugsweise in einem Gehäuse 270 untergebracht.
Obwohl ein Filterrad 250 ein geeignetes Mittel zum Wechseln der Filter 228, 230, 232, 234 ist, werden auch andere Methoden, Filter gezielt zwischen den Lichtstrahl D und den Detektor zu schalten, erwogen. Beispielsweise können die Filter stationär angeordnet sein und der Detektor bewegt werden. Oder die Filter können manuell in Position gebracht werden, z. B. durch Betätigen eines entsprechenden (nicht dargestellten) Schalters.
Es ist zu beachten, dass die Empfindlichkeit des Detektor 256 bei dieser Ausführung einen weiteren Wellenlängenbereich aufweist, als bei den einzelnen Detektoren 122, 124, 126, 128 der ersten und zweiten Ausführung erforderlich. Der Detektor 256 umfasst alle der jeweils zu untersuchenden Bereiche und wird somit, bei einem Wasserstoffperoxid-/Wasserdampf-Gemisch, den Wellenlängenbereich von ungefähr 5 bis ungefähr 8,5 μ umfassen.
In dieser Ausführung braucht die Lichtquelle 216 keinen modulierten (pulsierenden) Lichtstrahl zu liefern, da das Filterrad 250 diese Funktion übernimmt.
Es ist zu beachten, dass der biegbare Spiegel 242 und der fokussierende Spiegel 240 dieser Ausführung wahlweise auch in Kombination mit einem oder mehreren der Detektoren 122, 124, 126, 128 gemäß 2 und 7 angewendet wird.
Eine vierte Ausführung eines Detektorsystems 312 ist in 10 und 11 dargestellt. In dieser Ausführung ähnelt das System der dritten Ausführung insoweit, als eine Quelle 316 gebündelten Lichts (das nicht moduliert zu sein braucht) einen Lichtstrahl D durch den Dampf und sodann durch ein Fenster 324 in das Detektorsystem 312 schickt. Das Licht wird durch ein Lichtleitsystem 326 auf eine Gruppe von Filtern 328, 330, 332 gelenkt. Wie bei der dritten Ausführung, besteht das Lichtleitsystem aus einem fokussierendem Spiegel 340, durch den der Lichtstrahl auf einen biegbaren Spiegel 342 gelenkt wird. Durch Reflektion wird das Licht sodann auf ein sich drehendes Filterrad 350 gelenkt (11).
Das Filterrad 350 gleicht dem der dritten Ausführung, hat aber vier um den Rand verteilte Filterpositionen anstatt fünf. Die erste, zweite und dritte Position wird durch die Filter 328, 330, 332 ähnlich den Filtern 228, 232, und 234 der dritten Ausführung belegt. Der Filter 328 ist selektiv für hohe Wasserstoffperoxidkonzentrationen, indem er, wie oben beschrieben, Licht im Bereich des Blocks H durchlässt. Der Filter 330 ist selektiv für den Wellenlängenbereich, wo keine der Dampfkomponenten absorbiert und wird als ein Referenzkanal für die Bestimmung von Rauschsignalen eingesetzt. Der Filter 332 ist selektiv allein für Wasser.
Die vierte Position ist von einer reflektierenden Fläche 354, beispielsweise einem Konkavspiegel, besetzt; wenn sie zwischen Lichtstrahl und einem ersten Detektor 356 positioniert wird verhindert sie, dass das Licht den Detektor 356 erreicht. Statt dessen reflektiert der Spiegel das Licht zurück in das Lichtleitsystem, jedoch auf einem etwas verschobenen Pfad gegenüber dem des eintreffenden Lichts, so dass das Licht zuerst auf den biegbaren Spiegel 342 trifft und sodann mehrere Male zwischen dem fokussierenden Spiegel 340 und einem dritten Spiegel 358 durch den Dampf hin und her reflektiert wird, bevor das Licht dann auf den zweiten Detektor 360 trifft. Die Empfindlichkeit des zweiten Detektors liegt in dem Wellenlängenbereich L, also in dem Bereich zur Bestimmung niedriger Konzentrationen des Wasserstoffperoxids. Das mehrfache Hin- und Herreflektieren und die sich daraus ergebende Verlängerung des Lichtwegs durch den Dampf erhöht die Absorption und damit auch die Messgenauigkeit für niedrige Konzentrationen von Wasserstoffperoxid. Bei dieser Ausführung entfällt der Bedarf für einen Filter in dem schmalen Wellenlängenbereich zur Bestimmung hoher Konzentrationswerte des Wasserstoffperoxids.
In gleicher Weise wie bei der dritten Ausführung, rotiert ein Motor 370 das Filterrad 350 und ein optischer Fühler 372 misst die Winkelposition der Filter 328, 330, 332 und der Reflektionsfläche 354. Die Detektoren 356, 360, der Motor 370 und der optische Fühler 372 sind mit dem Mikroprozessor über Verbindungsleitungen 374, 376, 378, 380 elektrisch verbunden, in denen sich auch Schaltkreise analog den Schaltkreisen 132, 134, 146, 138 gemäß 6 befinden können. Wie auch bei den anderen Ausführungen schützt ein Gehäuse 382 das Lichtleitsystem, den Detektor 356, das Filterrad 350, den Motor 370 und den optischen Fühler 372. Der zweite Detektor 360 und der dritte Spiegel 358 werden vorzugsweise neben der Quelle 316 des gebündelten Lichts angeordnet, beispielsweise in dem (nicht dargestellten) Gehäuse der Lichtquelle 316; auch andere Anordnungen können geeignet sein, solange der Lichtstrahl mehrere Male durch den Dampf geleitet wird und dadurch eine höhere Lichtabsorption im Wasserstoffperoxid erreicht wird als es bei einem einfachen Durchgang durch den Dampf der Fall wäre.
Es ist zu beachten, dass ein ähnliches wie das in 10 dargestellte Lichtweg-Verlängerungssystem auch in die Detektorsysteme gemäß 2 und 7 eingebaut werden kann. Insbesondere können zwei einander gegenüberstehende Spiegel, analog zu den Spiegeln 340 und 358, eingesetzt werden, um somit den Lichtweg durch den Dampf zumindest für den Wasserstoffperoxid-Detektor 122, 122' im niedrigen Konzentrationsbereichs zu verlängern.
In einer bevorzugten Ausführung liefert der Mikroprozessor 16 eine digitale Anzeige der Konzentration des Wasserstoffperoxiddampfes und ein digitales oder analoges Ausgangssignal für die in 1 dargestellte Mikroprozessor-Steuereinheit 30 oder eine andere Steuereinheit. In einer anderen Ausführung liefert der Mikroprozessor 16 ein analoges Ausgangssignal, durch das es der eigenen Steuereinheit ermöglicht wird, den Betrieb des Sterilisiersystems direkt zu regeln. Statt dessen kann der Mikroprozessor 16 ein digitales Ausgangssignal liefern, das einem Konverter, möglicherweise, als Teil eines persönlichen Rechners (PC) zugespielt, und dort in dem Konverter in ein analoges Signal zur Übertragung an die Steuereinheit 30 konvertiert wird. In der Mikroprozessor-Steuereinheit 30 wird das Signal integriert mit anderen betriebliche Signalen, beispielsweise Temperatur, Druck und relative Luftfeuchtigkeit, die die Mikroprozessor-Steuereinheit über die Verbindungsleitungen 86, 88 von Messgeräten in der Kammer 12 erhalten hat. Die Ausgabe der Mikroprozessor-Steuereinheit 30 ist vorzugsweise eine Vielfalt von analogen Signalen, die direkt zur Steuerung der verschiedenen Komponenten des Sterilisiersystems herangezogen werden können. Beispielsweise können, wie in 1 dargestellt, die Ausgangssignale aus der Mikroprozessor-Steuereinheit 30 über die Verbindungsleitung 84 mit der Heizung 82 die Temperatur in der Kammer und/oder über die Verbindungsleitung 78 mit dem Ventil 74 den Druck in der Kammer regeln. Wie in 1 dargestellt, können Ausgangssignale der Mikroprozessor-Steuereinheit 30 über die Verbindungsleitung 64 den Betrieb des Trockners 62 und des weiteren über die Verbindungsleitung 81 mit dem Ventil 80 den Durchfluss der Trägergases regeln. Schließlich kann die Mikroprozessor-Steuereinheit 30, wie in 1 dargestellt, über die Verbindungsleitung 76 das Ventil 74 und über die Verbindungsleitung 56 das Ventil 54 regeln, und somit bestimmen, ob das Sterilisiersystem entweder als Durchfluss- oder als Hochvakuumsystem betrieben wird.
Die optimale Konzentration und/oder prozentuale Sättigung des Wasserstoffperoxiddampfes sind Funktionen mehrer verschiedener Bedingungen während de Sterilisiervorgangs. In einer bevorzugten Ausführung ist der Mikroprozessorteil der Mikroprozessor-Steuereinheit 30 so programmiert, dass er die optimale Konzentration und/oder prozentuale Sättigung des Wasserstoffperoxiddampfes berechnet und zwar auf der Basis der unterschiedlichen Betriebszustände, mit der das Sterilisiersystem betrieben wird.
Das am meisten bevorzugte System zur Überwachung und Regelung der Sterilisiermitteldampf- Konzentration kann gleichzeitig auch relevante Parameter überwachen und regeln, u. a. Temperatur, Druck Luftfeuchtigkeit und relative Luftfeuchtigkeit. Daher wird das System vorzugsweise entweder Mittel enthalten, die, insbesondere bei Hochvakuumsystemen oder geschlossenen Durchflusssystemen, eine direkten Messung des Wassergehalts (Luftfeuchtigkeit) in der Sterilisierkammer ermöglichen, beispielsweise durch Einsatz der Sensorsonde 10 oder eines separaten Luftfeuchtigkeitssensors, oder die, insbesondere bei offenen Durchflusssystemen, eine Abschätzung des Wassergehalts auf der Basis der relativen Luftfeuchtigkeit der in das System einströmenden Luft ermöglichen. Die so erhaltenen Werte des Wassergehalts werden vorzugsweise der Mikroprozessor-Steuereinheit zugespielt, damit sie die relevanten Systemparameter entsprechend ihrer Programmierung steuern kann. Der Wassergehalt des zirkulierenden Trägergases kann in einem entsprechend ausgerüsteten Durchflusssystem durch einen Trockner geregelt werden oder aber durch Regelung des Wasseranteils der dem Verdampfer zugeführten Wasserstoffperoxidlösung. Im Fall von Hochvakuumsystemen ist der Wassergehalt, wie bereits oben besprochen, eine Funktion des Drucks. Durch Einhalten eines niedrigen Drucks kann der Wassergehalt somit innerhalb akzeptabler Grenzen gehalten werden.
Die Infrarot Sensorsonde 10 oder eine andere in dem System der vorliegenden Erfindung eingesetzte Sensorsonde ist für bekannte Konzentrationen des Wasserstoffperoxiddampfes (oder für andere zu bestimmende Komponenten) kalibriert. Die Kalibrierung einer Infrarot Sensorsonde 10 ist unten für eine Durchfluss-Sterilisierapparatur mit Wasserstoffperoxiddampf beschrieben. Die Kalibrierung einer Hochvakuum-Sterilisierapparatur mit Wasserstoffperoxiddampf würde im Wesentlichen in der gleichen Weise ablaufen, wie bei dem Durchflusssystem.
Bei einer Ausführung wird die Sensorsonde 10 innerhalb der Kammer 12 kalibriert. Die Sonde wird von dem durch die Sterilisierkammer 12 fließenden Trägergas mit einer ersten Konzentration des Wasserstoffperoxiddampfes umspült. Vorzugsweise liegt bei dem Kalibriervorgang die Temperatur und der Druck bei den gleichen Werten, wie beim eigentlichen Sterilisiervorgang. Um die Menge des Wasserstoffperoxiddampfes in der Kammer 12 einigermaßen konstant zu halten, sind während des Kalibriervorgangs keine Gegenstände in der Kammer 12 geladen.
Sodann wird durch Betrieb des Sensorsystems 1 die Absorbanz der jeweiligen Wasserstoffperoxiddampf-Konzentration bei den betreffenden Wellenlängen bestimmt. Durch eine (nicht dargestellte) Öffnung in oder innerhalb der Kammer 12 wird eine oder mehrere Proben des zirkulierenden Mehrkomponentendampfes entnommen und durch geeignete Mittel eingefangen und zwar eine Probe für jeden Wert der Wasserstoffperoxiddampf-Konzentration auf der Standardkurve. Diese Proben werden auf konventionelle Weise mittels chemischer Titrierung analysiert und somit eine Kalibrierkurve aufgestellt oder der Extinktionskoeffizient (d. h., Absorbanz pro Konzentrationseinheit des Wasserstoffperoxids) bestimmt.
Bei einer anderen Methode erfolgt die Kalibrierung der Sonde 10 mittels einer Stoffbilanzierung, die entweder in der Kammer 12 selbst oder, vorzugsweise, in einer für diese Kalibrierung eingerichteten Apparatur gemäß 12 durchgeführt wird, um somit die Genauigkeit der Werte sicherzustellen. Bei dieser Ausführung wird ein System aufgebaut, bei dem die Sonde komplett in den Strom eines Trägergases, z. B. trockne Luft, Stickstoff oder ein anderes trocknes Gas, eingetaucht werden kann. Mittels des Verdampfers 410 wird dem Trägergas eine kleine, bekannte und variable Wasser- und Wasserstoffperoxid-Menge zugeführt. Hierdurch kann das einfließende Gas mit definierten Konzentrationen des Wasser- und Wasserstoffperoxiddampfes beladen werden (beispielsweise durch Bestimmung des Gewichts des Inhalts des Behälters 412 des Wassers oder des Behälters 414 des Wasserstoffperoxids mittels einer Waage). Die Sonde wird in eine, durch das Gehäuse 418 definierte Kammer 416 oder in einen anderen Behälter, eingestellt, durch die oder den die Trägergas/Dampf-Mischung zirkuliert wird. Allerdings ist allein aus der Einspeiserate keine exakte Bestimmung der Konzentration des Wasserstoffperoxids in der Kammer 416 möglich, da sich etwas des Wasserstoffperoxids in Wasser zersetzt haben kann.
Trockne Luft oder ein anderes Trägergas fließt von der Trägergasquelle 420 durch einen Durchflussregler 424, beispielsweise einen Massenflussregler oder Rotameter, in den Verdampfer 410. Der Durchflussregler speist das Regelsystem 426 mit Daten, aus denen für das durchfließende Dampf/Trägergas-Gemisch die Menge (z. B. Gewicht) oder der Anteil des Trägergases bestimmt werden kann. Die Quellen des Wassers 412 und der Wasserstoffperoxidlösung 414 sind fließtechnisch mit dem Verdampfer verbunden, so dass diese Flüssigkeiten zu den Einspritzdüsen des Verdampfers gelangen können. Die Trägergas/Dampf-Mischung strömt durch den Einlassstutzen 430 in die Kammer 416 und sodann über die Sonde 10. Die strömende Mischung fließt weiter über einen Auslassstutzen 432 aus der Kammer heraus in einen Zersetzer 434. Vorzugsweise sind der Durchflussregler 424, der Verdampfer 410 und die Sondenkammer 416 von einer thermostatisch geregelten Außenkammer 440 umgeben, um somit Einflüsse einer wechselnden Außentemperatur auszuschließen und um die Sondenkammer und den Dampf auf einer konstanten Temperatur zu halten. Statt dessen oder zusätzlich kann die Sondenkammer 416 mit einer Heizung ausgerüstet werden.
Der erste Schritt betrifft das Erfassen von Spektraldaten einer Serie verschiedener Wasserkonzentrationen des Trägergases ohne Anwesenheit von Wasserstoffperoxid. Je nach Ausführung der benutzten Sonde bestimmt der entsprechende Wasserdetektor 124, 124', 256, 356 das Wasser und sendet ein Signal an den Mikroprozessor 16. Auf der Basis dieser Daten wird der Extinktionskoeffizient des Wassers für die durch die Sonde zu überwachenden Wellenlängen bestimmt.
Dann werden der Sondenkammer 416 Wasser/Wasserstoffperoxid-Mischungen zugeführt und Absorbanz-Daten über einen Bereich zumindest zweier Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche bestimmt und zwar zum einen bei einer Wellenlänge, bei der das Wasserstoffperoxid kein Licht absorbiert (z. B. bei 3,5 bis 4 μ), und zum zweiten bei einer Wellenlänge, bei der zumindest das Wasserstoffperoxid Licht absorbiert (z. B. bei 5,5 bis 8,4 μ). Unmittelbar vor der Kalibrierung wird die Konzentration des Wasserstoffperoxids in den untersuchten Wasserstoffperoxidlösungen bestimmt, beispielsweise durch ein Analyseverfahren wie der Titration (z. B. wird die Konzentration dabei auf den NIST-Primary Standard Natriumoxalat zurückgeführt); somit ist die in den Verdampfer injizierte Menge des Wasserstoffperoxids bekannt.
Die injizierte Menge des Wassers, entweder als reines Wasser oder als Lösungsmittel des Wasserstoffperoxids, wird aus der Flussrate des Trägergases und der Injektionsrate des Wassers und der Wasser/Wasserstoffperoxid-Mischung in den Verdampfer bestimmt. Die Absorbanz des Wasser wird bei einer oder mehreren Wellenlängen, bei der oder denen Wasserstoffperoxid kein Licht absorbiert, bestimmt (z. B. bei 5,2 bis 7,2 μ) und daraus der Kurvenverlauf der Wasserdampfkonzentration über der Absorbanz erstellt. Aus diesen Kalibriermodellen kann die Wassermenge der in der Kammer vorhandenen Wasser/Wasserstoffperoxid-Dampfmischung bestimmt werden – diese Menge ist unterschiedlich von der injizierten Wassermenge, da sich etwas des Wasserstoffperoxids in Wasser zersetzt. Da bei der Konversion aus einem Mol Wasserstoffperoxid ein Mol Wasser entsteht, kann die Menge des konvertierten Wasserstoffperoxids bestimmt werden. Die Menge des nicht zersetzten Wasserstoffperoxids in dem Dampf ergibt sich aus der Subtraktion der Menge des zu Wasser konvertierten Wasserstoffperoxids von der Menge des injizierten Wasserstoffperoxids. Auf der Basis dieser Daten kann der Extinktionskoeffizient des Wasserstoffperoxids bestimmt werden. Und aus diesen Werten kann dann der Kalibrier-Datensatz der Sonde 10 zusammengestellt werden.
Obwohl in der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung Wasserstoffperoxiddampf als Sterilisiermitteldampf sowie elektromagnetische Strahlung in dem Wellenlängenbereich des mittleren Infrarotspektrums zur Bestimmung der Sterilisiermittelkonzentration eingesetzt wird, sind auch andere Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung bei diesem oder einem anderen Sterilisiermittel denkbar. Andere Sterilisiermittel als Wasserstoffperoxid können mit dem System und der Methode der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Die Wahl der geeigneten Wellenlänge hängt ab von den elektromagnetischen Eigenschaften des Sterilisiermitteldampfes und der anderen Dampfanteile in dem Mehrkomponenten-Dampf.
Vorzugsweise erfolgt die Auswahl der Wellenlängen derart, dass die zu bestimmende Konzentration einer Komponente mittels einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs ermittelt werden kann, in der oder in dem andere Dampfkomponenten keinen oder einen nur unwesentlichen Beitrag zur gesamten Absorbanz des Dampfes liefern. Im Fall sich überlappender Absorbanz der Komponenten, kann ein Subtraktionsverfahren eingesetzt werden, vorausgesetzt, die sich überlappenden Komponenten absorbieren in zumindest zwei Bereichen des Strahlungsspektrums. Mittels Manipulation der Daten können die jeweiligen Anteile der sich überlappenden Komponenten durch Subtraktion herausgerechnet werden. Es können auch Methoden der Chemometrie eingesetzt werden, um die Konzentration der Komponenten zweier oder mehrerer sich überlappender Peaks zu bestimmen. Am besten ist allerdings, wenn eine Wellenlänge gewählt werden kann, die eindeutig nur von dem Sterilisiermitteldampf oder der anderen interessierenden Dampfkomponente absorbiert und von keiner anderen Komponente des Mehrkomponentendampfes gestört wird.

Claims

Eine Methode zur Dekontamination, bei der der zu dekontaminierende Gegenstand einem mehrere Komponenten, unter anderem Wasserstoffperoxiddampf und Wasserdampf, enthaltenden Dampfgemisch ausgesetzt wird und der Anteil des Wasserstoffperoxiddampfes in dem mehrere Komponenten enthaltenden Dampfgemisch bestimmt wird, wobei diese Methode dadurch gekennzeichnet ist, dass Licht durch das mehrere Komponenten enthaltende Dampfgemisch geleitet wird und dieses Licht wenigstens einen ersten Wellenlängenbereich enthält, der zwar vom Wasserstoffperoxiddampf jedoch in nur unbedeutender Weise vom Wasserdampf absorbiert wird, und der einen zweiten vom ersten abgesetzten Wellenlängenbereich enthält, der dafür vom Wasserdampf jedoch in nur unbedeutender Weise vom Wasserstoffperoxiddampf absorbiert wird; die Absorption des durch das mehrere Komponenten enthaltende Dampfgemisch hindurch gestrahlten Lichts für den ersten Wellenlängenbereich und für den zweiten Wellenlängenbereich bestimmt wird; und die Konzentration des Wasserstoffperoxiddampfes in dem mehrere Komponenten enthaltenden Dampfgemisch aus der im ersten Wellenlängenbereich gemessenen Lichtabsorption bestimmt wird; die Konzentration des Wasserdampfes in dem mehrere Komponenten enthaltenden Dampfgemisch aus der im zweiten Wellenlängenbereich gemessenen Lichtabsorption bestimmt wird; der erste Wellenlängenbereich eine oder mehrere Wellenlängen zwischen 7500 nm und 8400 nm enthält; und der zweite Wellenlängenbereich eine oder mehrere Wellenlängen zwischen 5200 nm und 7200 nm enthält.
Die Methode nach Anspruch 1, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass das eingestrahlte Licht einen dritten Wellenlängenbereich enthält, der von dem ersten und zweiten Wellenlängenbereich soweit abgesetzt ist, dass ihn weder der Wasserdampf noch der Wasserstoffperoxiddampf wesentlich absorbieren kann und diese Methode des weiteren umfasst, dass die Absorption des Lichts in diesem dritten Wellenlängenbereich gemessen wird und dass aus der, in diesem dritten Wellenlängenbereich gemessenen Lichtabsorption die Hintergrundabsorption bestimmt wird.
Die Methode nach einem beliebigen der vorherigen Ansprüche 1 und 2, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass beim Feststellen, dass die Konzentration des Wasserstoffperoxids außerhalb eines vorbestimmten Konzentrationsbereichs liegt, wenigstens eines der folgenden Dinge geregelt wird: eine Länge der Zeit, über die der Gegenstand dem mehrere Komponenten enthaltende Dampfgemisch ausgesetzt bleibt; einen Druck des mehrere Komponenten enthaltenden Dampfgemisches, eine Temperatur des mehrere Komponenten enthaltenden Dampfgemisches, und eine Mengenrate, mit der Wasserstoffperoxiddampf dem mehrere Komponenten enthaltenden Dampfgemisch hinzugefügt wird; um dadurch bestimmte Dekontaminationsbedingungen, bei denen der Gegenstand wirkungsvoll dekontaminiert wird, aufrecht zu erhalten.
Die Methode nach Anspruch 3, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der folgenden Werte überwacht wird: der Druck des Dampfes, die Temperatur des Dampfes, und die relative Luftfeuchtigkeit des Dampfes.
Die Methode nach einem beliebigen der vorherigen Ansprüche 3 und 4, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zur Regelung der Mengenrate des dem mehrere Komponenten enthaltenden Dampfgemisch hinzu geführten Wasserstoffperoxiddampfes auch die Mengenrate regelt, mit der flüssiges Wasserstoffperoxid einem Verdampfer (22), der das mehrere Komponenten enthaltenden Dampfgemisch erzeugt, hinzugeführt wird.
Die Methode nach einem beliebigen der vorherigen Ansprüche 3 bis 5, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass der Regelungsschritt auch die Konzentration des Wasserstoffperoxiddampfes in dem mehrere Komponenten enthaltenden Dampfgemisch unter seinem Sättigungspunkt hält, wodurch die Kondensation von Wasserstoffperoxiddampf auf dem Gegenstand minimiert wird.
Die Methode nach einem beliebigen der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil des durch das mehrere Komponenten enthaltenden Dampfgemisch hindurch gestrahlten Lichts durch einen ersten Filter (120A, 120D, 170, 176, 228, 230) geleitet wird, der gezielt auf das Licht im ersten Wellenlängenbereich abgestimmt ist; und mit einem ersten Sensor (122, 122', 128, 256, 356) die Absorption des durch den ersten Filter geleiteten Lichts bestimmt wird.
Die Methode nach Anspruch 7, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Teil des durch das mehrere Komponenten enthaltenden Dampfgemisch hindurch gestrahlten Lichts durch einen zweiten Filter (120B, 172, 234, 332) geleitet wird, der gezielt auf das Licht im zweiten Wellenlängenbereich abgestimmt ist, der zwar vom Wasserdampf jedoch in nur unbedeutender Weise vom Wasserstoffperoxiddampf absorbiert wird; und mit einem zweiten Sensor (124, 124', 256, 356) die Absorption des durch den zweiten Filter geleiteten Lichts bestimmt wird.
Die Methode nach Anspruch 8, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass jener zur Bestimmung der Absorption des durch den zweiten Filter (234, 332) geleiteten Lichts eingesetzte Sensor (256, 356) der zuerst angesprochene Sensor ist und die Methode des weiteren beinhaltet, dass der erste und der zweite Filter so angeordnet werden, dass der erste Sensor nacheinander zuerst das Licht empfängt, das durch den ersten Filter (228, 328) fällt, und dann das Licht, das durch den zweiten Filter fällt.
Die Methode nach einem beliebigen der vorherigen Ansprüche 1 bis 9, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Detektierens das Folgende enthält: die Bestimmung der Absorption des durch das mehrere Komponenten enthaltende Dampfgemisch hindurchgeleiteten Lichts in einem ersten Teilbereich des ersten Wellenlängenbereichs, wenn die Konzentration des Wasserstoffperoxiddampfes über einem Grenzwert liegt, und die Bestimmung der Absorption des durch das mehrere Komponenten enthaltende Dampfgemisch hindurchgeleiteten Lichts in einem zweiten Teilbereich des ersten Wellenlängenbereichs, wenn die Konzentration des Wasserstoffperoxiddampfes unter einem Grenzwert liegt, wobei die Lichtabsorption des Wasserstoffperoxids im zweiten Teilbereich des ersten Wellenlängenbereichs höher ist als die Lichtabsorption des Wasserstoffperoxids im ersten Teilbereich des ersten Wellenlängenbereichs.
Die Methode nach einem beliebigen der vorherigen Ansprüche 1 bis 10, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Lichteinstrahlens in das mehrere Komponenten enthaltende Dampfgemisch das Folgende enthält: das Einstrahlen eines modulierten Strahls eines vielfarbigen Lichts in das mehrere Komponenten enthaltende Dampfgemisch.
Die Methode nach Anspruch 11, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einstrahlen des vielfarbigen Lichts in das mehrere Komponenten enthaltende Dampfgemisch des weiteren das Folgende enthält: das Spiegeln des Lichts, so dass es das mehrere Komponenten enthaltende Dampfgemisch viele Male hin und her durchläuft.
Die Methode nach einem beliebigen der vorherigen Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht so gebündelt wird, dass kein Streulicht detektiert werden kann; und Jalousie-Blenden (107) vorgesehen werden, die dem mehrere Komponenten enthaltenden Dampfgemisch erlauben, durch den gerichteten Lichtstrahl hindurch zu strömen, die aber gleichzeitig verhindern, dass Streulicht detektiert wird.
Ein Dekontaminationssystem, bestehend aus einer, die mikrobiell zu kontaminierenden Gegenstände aufnehmenden Kammer (12), aus einer Quelle (22, 24) des der Kammer zuzuführenden, mehrere Komponenten enthaltenden Dampfgemisches, wobei das mehrere Komponenten enthaltende Dampfgemisch unter anderem Wasserdampf und Wasserstoffperoxiddampf enthält, und aus einem Sensorsystem (1) einschließlich eines lichtausstrahlenden Teils (98, 98'), das das Licht in das mehrere Komponenten enthaltende Dampfgemisch einstrahlt, und eines lichtempfangenden Teils (94, 94'), das das durch das mehrere Komponenten enthaltende Dampfgemisch geleitete Licht empfängt, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtempfangende Teil Folgendes enthält: eine erste Sensoreinheit (122, 128, 122', 128', 256, 356), das so positioniert ist, dass es das durch das mehrere Komponenten enthaltende Dampfgemisch geleitete Licht empfangen kann, und dessen erster Sensor für das Licht in einem ersten Wellenlängenbereich empfindlich ist, in dem zwar der Wasserstoffperoxiddampf jedoch der Wasserdampf in nur unbedeutender Weise Licht absorbiert; eine zweite Sensoreinheit (124, 124'), das das Licht in einem zweiten vom ersten abgesetzten Wellenlängenbereich empfangen kann, in dem zwar der Wasserdampf des mehrere Komponenten enthaltenden Dampfes jedoch der Wasserstoffperoxiddampf in nur unbedeutender Weise Licht absorbiert, wobei der erste Wellenlängenbereich von 7500 nm bis 8400 nm reicht; der zweite Wellenlängenbereich von 5200 nm bis 7200 nm reicht; einen Mikroprozessor (16) zur Bestimmung, zum einen, der Absorption und Konzentration des Wasserstoffperoxiddampfes in dem mehrere Komponenten enthaltenden Dampfgemisch und zwar aus dem empfangenen Licht in dem ersten Wellenlängenbereich sowie, zum anderen, der Absorption und Konzentration des Wasserdampfes in dem mehrere Komponenten enthaltenden Dampfgemisch und zwar aus dem empfangenen Licht in dem zweiten Wellenlängenbereich; ein Regelungssystem (16, 30), das die Bedingungen innerhalb der Kammer auf Grund eines, dem vom ersten Sensor empfangenen Licht entsprechenden Signals regelt.
Das System nach Anspruch 14, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass der lichtempfangene Teil des weiteren Folgendes enthält: einen ersten Filter (120A, 120D, 170, 176, 228, 328), der so angeordnet ist, dass er das Licht filtert, das den ersten Sensor erreichen soll.
Das System nach einem beliebigen der vorherigen Ansprüche 14 und 15, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem des weiteren Folgendes enthält: ein längliches, in seinem Querschnitt polygonales, längsaffenes Rohr (102), das mit den lichtausstrahlenden und lichtempfangenden Teilen so verbunden ist, dass es die lichtausstrahlenden und lichtempfangenden Teile in festem Abstand zueinander fixiert.
Das System nach Anspruch 16, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (122, 128, 122', 128', 256, 356) vom längsoffenen Rohr versetzt angeordnet ist, um den Sensor gegen Streulicht abzuschirmen.