DE60212805T2

DE60212805T2 - Verfahren und vorrichtung für die kalibrierung von messgeräten zur überwachung der konzentration eines sterilisationsmittels in einem zuführungssystem

Info

Publication number: DE60212805T2
Application number: DE60212805T
Authority: DE
Inventors: Jianjun Dublin WANG; A. David Dublin MONDIEK; V. Dennis Pickerington BORUSZEWSKI; P. David Reynoldsburg GUNTRIP
Original assignee: Abbott Laboratories
Current assignee: Abbott Laboratories
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: DE60212805D1; WO2002066973A2; EP1686375A2; NO20033616D0; EP1686375A3; JP2004535551A; ES2266454T3; CA2437711C; US20030084703A1; JP3877069B2; EP1362238A2; CA2437711A1; WO2002066973A3; NO20033616L; JP4290716B2; US6742378B2; US6612149B2; ATE331950T1; US20040016283A1; US20020152792A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung von Instrumenten. Genauer betrifft diese Erfindung ein Verfahren zur Kalibrierung von Instrumenten, welches die Konzentration eines Sterilisationsmittels, zum Beispiel Wasserstoffperoxid, in einem System überwacht.
2. Besprechung des Standes der Technik
Die aseptische Verarbeitung von verzehrbaren Produkten, wie zum Beispiel Nährstoffverbindungen und Nahrungsprodukten, wird typischerweise bewirkt durch separate Sterilisation der Produkte und der Behälter, innerhalb welcher die Produkte verpackt werden. Nach der Sterilisation werden die sterilisierten Produkte in sterilisierte Behälter gegeben und in einer sterilen Umgebung für die Versendung, Lagerung, und Verwendung verschlossen.
Die Sterilisierung solcher Behälter, was auch die Sterilisierung von separaten Verschlüssen einschließen kann, kann wirksam durchgeführt werden durch die Verwendung eines Sterilisationsmittels, wie zum Beispiel Wasserstoffperoxid-(H₂O₂) Dampf, vor der Einführung der gewünschten sterilisierten Produkte in die Behälter. In einem solchen Verfahren werden die Behälter in einen Sterilisationsapparat eingeführt, in welchem die Behälter mit Wasserstoffperoxid-Dampf gespült werden. Die Behälter werden danach mit warmer Luft oder irgendeinem anderen Fluid, das geeignet ist, um wünschenswert niedrige Spiegel von restlichem Wasserstoffperoxid zu erreichen, gespült. Dieses allgemeine Verfahren ist hocheffektiv zur Erzielung einer Sterilisation der Behälter und kann an jeglichen anderen Artikeln durchgeführt werden, die mit dem Material, das in die Behälter eingeführt werden soll, in Kontakt kommen werden.
Abgesehen von der Effektivität der Sterilisation durch Wasserstoffperoxid kann die genaue Überwachung der Konzentrationsspiegel von Wasserstoffperoxid-Dampf problematisch sein. Probleme bei der Überwachung der Konzentration von Wasserstoffperoxid-Dampf entstehen teilweise aus Änderungen in den physikalischen und chemischen Eigenschaften von Wasserstoffperoxid-Dampf unter Verarbeitungsbedingungen und Zersetzung von Wasserstoffperoxid-Dampf nach Kontakt mit Oberflächen von verschiedenen Objekten innerhalb des Verarbeitungsgebiets. So können ungewünschte Abweichungen der Konzentration von Wasserstoffperoxid-Dampf von einem Verfahrens-Sollwert, zusammen mit übermäßiger Zersetzung von Wasserstoffperoxid-Dampf zu einem Verlust der Sterilität der Behälter und des umgebenden aseptischen Verarbeitungsgebiets führen. Desweiteren ist Wasserstoffperoxid-Dampf natürlicherweise korrosiv, und somit können übermäßige Konzentrationsspiegel von Wasserstoffperoxid zu schädlichen Auswirkungen an der Ausrüstung in und um das Verarbeitungsgebiet und an Oberflächen von Objekten innerhalb des Verarbeitungsgebiets führen. Desweiteren erfordert, in Übereinstimmung mit Regierungs-Standards, die nachfolgende Verwendung von sterilisierten Behältern niedrige Spiegel von restlichem Sterilisationsmittel.
Ehemalige Detektionssysteme für Wasserstoffperoxid-Dampf waren unerwünscht sperrig, wie beispielhaft gezeigt durch einen konventionellen Nahes-Infrarot-(NIR)Analyseapparat. Zusätzlich sind derzeitige off-line Testverfahren typischerweise zu langsam zur Überwachung von Spiegeln von Sterilisationsmittel mit ausreichender Genauigkeit. Vorherige Anordnungen haben keine Echtzeit-Überwachung durch einen aspetischen Verarbeitungszyklus hindurch erlaubt, und insbesondere waren sie nicht in der Lage Konzentrationen von Wasserstoffperoxid-Dampf innerhalb des Sterilisationsapparats an ausgewählten Orten entlang des Sterilisationszuführungssystems während gegenwärtiger Operationen zu überwachen. Jedoch beschreiben U. S. Patent Nr. 5,608,156 und Taizo et al., "Application of a Newly Developed Hydrogen Peroxid Vapor Phase Sensor to HPV Sterilizer", PDA Journal of Pharmaceutical Science & Technology, Band 52, Nr. 1/Januar-Februar 1998, Seiten 13-18, Verfahren zur Detektion der Konzentration von Wasserstoffperoxid-Dampf und einen Apparat dafür, welche einige der zuvor genannten Probleme zu behandeln scheinen.
Die Konzentration von Sterilisationsmitteln, die innerhalb eines Systems detektiert wird, ist im allgemeinen eine Funktion von verschiedenen Umweltparametern, wie zum Beispiel der Temperatur, der relativen Feuchtigkeit, und verschiedenen Meßbedingungen, wie zum Beispiel dem unmittelbaren Ort der Messung. Konventionelle Detektionssysteme für Sterilisationsmittel können typischerweise keine Schwankungen von Umweltparametern und Meßbedingungen berücksichtigen, oder berücksichtigen diese nicht. Jedoch können solche Schwankungen die Ergebnisse der Signalerzeugung und Datensammlung wesentlich beeinflussen, wenn kommerziell erhältliche Sensoren und Ausrüstung verwendet werden. Es ist daher nützlich, Verarbeitungsparameter unmittelbar am Ort der Messung während der Datensammlung so gleichmäßig wie möglich zu halten.
US-A-6517775, mit dem Titel STERLIANT MONITORING ASSEMBLY AND APPARATUS AND METHOD USING SAME, beschreibt ein integriertes System zur Bestimmung der Konzentration von Wasserstoffperoxid für die aseptische Verfahrensvalidierung, -Kontrolle, und -Überwachung. Dieses System ist kompakt und kann für die on-line-Bestimmung der Konzentration von Wasserstoffperoxid verwendet werden. Das System erfordert ein einzigartiges Kalibrierungsverfahren in regelmäßigen Intervallen, um verlässliche und genaue Testergebnisse zu garantieren. Dieses System verwendet einen Sensor mit Elementen aus SnO₂. Wenn SnO₂ auf eine hohe Temperatur, ungefähr 400°C, in der Abwesenheit von Sauerstoff erhitzt wird, fließen freie Elektronen leicht durch die Korngrenze der SnO₂ Partikel. In sauberer Luft wird Sauerstoff, welcher freie Elektronen durch seine Elektronenaffinität einfängt, auf die Oberfläche des SnO₂ Partikels adsorbiert, wobei eine Potentialschranke in den Korngrenzen gebildet wird, welche den Fluß der Elektronen behindert, was dazu führt, daß sich der elektronische Widerstand erhöht. Wenn der Sensor gegenüber Wasserstoffperoxid-Dampf ausgesetzt wird, adsorbiert SnO₂ seine Gasmoleküle und bewirkt Oxidation. Dies erniedrigt die Potentialschranke, wodurch es den Elektronen erlaubt wird leichter zu fließen, wodurch der elektrische Widerstand vermindert wird. Somit verwendet der Sensor ein indirektes Verfahren, um die Konzentration von Wasserstoffperoxid-Dampf zu messen.
Spannungsdaten von der Datenausgabe des Sensors müssen mit einer Datenbank verglichen werden, die von einem Kalibrierungsverfahren herstammen. Die Datenausgabe von zwei unterschiedlichen Sensoren kann nicht direkt ohne Kalibrierung verglichen werden. Das Kalibrierungsverfahren verwendet mehrere repräsentative Punkte (d.h., Konzentration bei einer gegebenen Spannung), um eine mathematische Beziehung zu erstellen, welche ein spezifisches Testfenster abdeckt. Nur durch Kalibrierung kann die Ausgabespannung eines Sensors in einen Konzentrationswert umgewandelt werden.
Kalibrierungsverfahren sind wichtig zur Minimierung von Abweichungen, die durch solche Komponenten wie Halbleiterchips, Batterien und Signalkonditionierungsschaltkreise in einem Sensor in einem tragbaren Detektionssystem bewirkt werden.
Kalibrierungsverfahren sind wichtig zur Minimierung von Abweichungen, die durch solche Komponenten wie Temperatur- und Feuchtigkeitskompensationskreisläufe, Heizspulen, Datenaufzeichnungssysteme und Memorychips in einem Sensor in einem festen Detektionssystem bewirkt werden.
Wenn das Kalibrierungsverfahren nicht verläßlich ist, könnte die Konzentration von Wasserstoffperoxid-Dampf, die durch einen Sensor detektiert wurde, irreführend sein. Umgekehrt kann eine falsche Bestimmung der Konzentration von Wasserstoffperoxid-Dampf zu einer Kontaminierung im Operationssystem und zu Verderb führen. Zum Beispiel kann ein Spannungsabfall in der Reaktion des Sensors, bewirkt durch einen Anstieg in der Fließgeschwindigkeit von Luft, als ein Abstieg in der Konzentration von Wasserstoffperoxid-Dampf in dem System interpretiert werden. Dieser scheinbare Abfall kann dazu führen, daß die Kontrollen in dem System die Menge an zugeführtem Wasserstoffperoxid erhöhen, wodurch eine übermäßige Menge Wasserstoffperoxid-Dampf bereitgestellt wird. Eine übermäßige Menge von Wasserstoffperoxid in dem System kann zu einer übermäßigen Menge an Rückständen führen. Umgekehrt kann ein Spannungsanstieg in der Reaktion des Sensors aus einem Abfall in der Fließgeschwindigkeit von Luft resultieren. Wenn die Zuführungsgeschwindigkeit von Wasserstoffperoxid dementsprechend reduziert wird, kann eine Lücke in der Sterilität des Systems auftreten.
Die Kalibrierung von Sensoren, einer zu jedem Zeitpunkt, ist ineffizient und folglich teuer. Es ist wohl bekannt, daß keine zwei Sensoren, die zufällig ausgewählt wurden, wahrscheinlich identisch sind. Dementsprechend wäre es wünschenswert einen Weg zu finden, um einzelne Sensoren genau und zu vernünftigen Kosten zu kalibrieren. Zusätzlich wäre es wünschenswert einen Weg zu finden, um einzelne Sensoren zu kalibrieren, so daß einer oder mehrere von diesen in tragbaren Einheiten verwendet werden könnte. Die Verwendung einer größeren Anzahl von tragbaren Einheiten ist wünschenswert, so daß die Messung der Konzentration von Wasserstoffperoxid an jedem Punkt in einer Produktionslinie vorgenommen werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein Verfahren und einen Apparat zur Kalibrierung eines Sensors zur Bestimmung der Konzentration eines Sterilisationsmittels, zum Beispiel Wasserstoffperoxid-Dampf, in einem Sterilisationssystem bereit.
In einem Aspekt stellt diese Erfindung ein Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors bereit, der zur Messung der Menge eines Sterilisationsmittels in einem System zur Zuführung des Sterilisationsmittels verwendet wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Erzeugen von Referenz-Kalibrierungsdaten, wobei die Referenz-Kalibrierungsdaten eine mathematische Beziehung zeigen zwischen einem messbaren Parameter, zum Beispiel der Spannung, und einer Menge des Sterilisationsmittels, zum Beispiel Teile von Sterilisationsmittel pro Millionen Teile von Luft (ppm), für eine Vielzahl von Sensoren;
(b) Erzeugen von Sensor-Kalibrierungsdaten, wobei die Sensor-Kalibrierungsdaten eine mathematische Beziehung zeigen zwischen dem messbaren Parameter und der Menge des Sterilisationsmittels für einen einzelnen Sensor; und
(c) Normalisieren der Sensor-Kalibrierungsdaten, um den Unterschied zwischen dem messbaren Parameter für die Referenz-Kalibrierungsdaten und dem messbaren Parameter für die Sensor-Kalibrierungsdaten zu kompensieren, wobei die Daten, die durch den einzelnen Sensor erhalten werden, verwendet werden können, um die Menge von Sterilisationsmittel in dem System genau zu bestimmen.

Die Referenz-Kalibrierungsdaten werden durch ein Verfahren erzeugt, das die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Bereitstellen einer Vielzahl von Sensoren;
(b) Aussetzen von jedem der Vielzahl von Sensoren gegenüber mindestens zwei Mengen von Luft (z. B. 30 Kubikmeter/Stunde und 110 Kubikmeter/Stunde), wobei jede der mindestens zwei Mengen von Luft (1) eine bekannte Qualität (z. B. 60% relative Feuchte bei 70°C) und (2) eine bekannte Konzentration von Sterilisationsmitteldampf (z. B. 10,000 ppm von Wasserstoffperoxid-Dampf) hat, wobei der Sterilisationsmitteldampf einen bekannten physikalischen Zustand (z. B. 70°C) hat;
(c) Messen der Signale (z. B. Spannung), die von jedem der Vielzahl von Sensoren ausgegeben werden, wobei jedes der Signale proportional zu einer Konzentration (z. B. ppm) von Sterilisationsmitteldampf ist;
(d) Erstellen einer mathematischen Beziehung zwischen den Signalen, die von jedem der Vielzahl von Sensoren ausgegeben werden, und den Konzentrationen von Sterilisationsmitteldampf für jeden der Vielzahl von Sensoren; und
(e) Erstellen der Referenz-Kalibrierungsdaten durch eine statistische Analyse der Signale, die durch jeden der Vielzahl von Sensoren ausgegeben werden, und der Konzentrationen von Sterilisationsmitteldampf für jeden der Vielzahl von Sensoren.

Die Sensor-Kalibrierungsdaten werden durch ein Verfahren erzeugt, das die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Bereitstellen eines Sensors;
(b) Aussetzen des Sensors gegenüber mindestens zwei Mengen von Luft, wobei jede der mindestens zwei Mengen von Luft (1) eine bekannte Qualität und (2) eine bekannte Konzentration von Sterilisationsmitteldampf hat, wobei der Sterilisationsmitteldampf einen bekannten physikalischen Zustand hat;
(c) Messen der Signale (z. B. Spannung), die durch den Sensor ausgegeben werden, wobei jedes der Signale einer Konzentration von Sterilisationsmitteldampf entspricht (z. B. ppm von Wasserstoffperoxid-Dampf); und
(d) Erstellen einer mathematischen Beziehung zwischen den Signalen, die ausgegeben werden, und den Konzentrationen von Sterilisationsmitteldampf für den Sensor.

Die Sensor-Kalibrierungsdaten können normalisiert werden, um den Unterschied zwischen dem messbaren Parameter für die Referenz-Kalibrierungsdaten (z. B. Spannung) und dem messbaren Parameter für die Sensor-Kalibrierungsdaten für den Sensor (z. B. Spannung) durch ein Verfahren zu kompensieren, das die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Auswählen einer Konzentration von Sterilisationsmitteldampf;
(b) Bestimmen des Wertes des messbaren Parameters, bei welchem die Konzentration des Sterilisationsmitteldampfes, die von den Sensor-Kalibrierungsdaten erhalten wird, gleich der Konzentration des Sterilisationsmitteldampfes ist, die von den Referenz-Kalibrierungsdaten erhalten wird; und
(c) Anpassen der Werte, die durch den einzelnen Sensor gemessen wurden, um eine ausreichende Menge, um die Abweichung zwischen den Referenz-Kalibrierungsdaten und den Sensor-Kalibrierungsdaten zu kompensieren.

Das Verfahren dieser Erfindung bewirkt eine Reduktion in der Zeit, die erforderlich ist, um ein Sterilisationssystem zu kalibrieren, und stellt ein Mittel bereit zum direkten Vergleich von Signalen, die von unterschiedlichen Sensoren erhalten werden, so daß die komplexen Schritte, die in die indirekte Messung von Parametern involviert sind, vermieden werden.
In einer Ausführungsform, die relativ leicht anzuwenden ist, wird eine lineare Beziehung zwischen dem gemessenen Signal (z. B. Spannung) und der Konzentration von Sterilisationsmittel (z. B. ppm von Wasserstoffperoxid-Dampf) angenommen. Punkte auf der Kurve für einen einzelnen Sensor (d.h. Sensor-Kalibrierungsdaten) werden entweder vertikal oder drehend oder beides bewegt, um die Werte der Konzentration, die mit diesem Punkt assoziiert sind, in einen Wert der Konzentration auf der Kurve, welche die Referenz-Kalibrierungsdaten darstellt, umzuwandeln.
Die Form der Daten für die Kalibrierung von Sensoren zur Bestimmung der Konzentration von Wasserstoffperoxid-Dampf in einem Luftstrom ist nicht entscheidend. Bevorzugte Formen für die Präsentation von Daten schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf auf Kurven, die auf kartesischen Koordinaten, Nomogrammen und Nachschlagetabellen, die Signal/Konzentrationsdaten enthalten, graphisch dargestellt sind.
In einer Ausführungsform, in welcher Kurven graphisch dargestellt auf kartesischen Koordinaten verwendet werden, schließt das Verfahren die folgenden Schritte ein:

(a) Erstellen einer Referenz-Kalibrierungskurve, wobei die Referenz-Kalibrierungskurve eine Neigung und einen Achsenabschnitt hat;
(b) Erstellen einer Sensor-Kalibrierungskurve, wobei die Sensor-Kalibrierungskurve eine Neigung und einen Achsenabschnitt hat; und
(c) Normalisieren der Sensor-Kalibrierungskurve, um (1) den Unterschied zwischen der Neigung der Referenz-Kalibrierungskurve und der Neigung der Sensor-Kalibrierungskurve und (2) den Unterschied zwischen dem Achsenabschnitt der Referenz-Kalibrierungskurve und dem Achsenabschnitt der Sensor-Kalibrierungskurve zu kompensieren.

Für diese Ausführungsform wird die Referenz-Kalibrierungskurve durch ein Verfahren hergestellt, das folgende Schritt umfaßt:

(a) Bereitstellen einer Vielzahl von Sensoren;
(b) Aussetzen jedes Sensors der Vielzahl von Sensoren gegenüber mindestens zwei Mengen von Luft, wobei jede der mindestens zwei Mengen von Luft (i) eine bekannte Qualität und (ii) eine bekannte Konzentration von Sterilisationsmittel-Dampf hat, wobei der Sterilisationsmittel-Dampf einen bekannten physikalischen Zustand hat;
(c) Messen der Signale, die von jedem der Vielzahl von Sensoren ausgesendet wird, wobei jedes der Signale proportional zu der Konzentration von Sterilisationsmittel-Dampf ist;
(d) Erstellen einer linearen mathematischen Beziehung zwischen den Signalen, die von jedem der Vielzahl von Sensoren ausgesendet werden, und den Konzentrationen von Sterilisationsmittel-Dampf für jeden der Vielzahl von Sensoren; und
(e) Erstellen der Referenzkalibrierungskurve durch eine statistische Analyse der Signale, die durch jeden der Vielzahl von Sensoren ausgesendet werden, und den Konzentrationen von Sterilisationsmittel-Dampf für jeden der Vielzahl von Sensoren.

Für diese Ausführungsform wird die Sensorkalibrierungskurve durch ein Verfahren hergestellt, das die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Bereitstellen eines einzelnen Sensors;
(b) Aussetzen des Sensors gegenüber mindestens zwei Mengen von Luft, wobei jeder der mindestens zwei Mengen von Luft (1) eine bekannte Qualität und (2) eine bekannte Konzentration von Sterilisationsmittel-Dampf hat, wobei der Sterilisationsmittel-Dampf einen bekannten physikalischen Zustand hat;
(c) Messen der Signale, die durch den Sensor ausgesendet werden, wobei jedes der Signale proportional ist zu der Konzentration von Sterilisationsmittel-Dampf; und
(d) Erstellen einer linearen mathematischen Beziehung zwischen den Signalen, die durch den einzelnen Sensor ausgesendet werden, und den Konzentrationen von Sterilisationsmittel-Dampf für den einzelnen Sensor.

Die Sensor-Kalibrierungskurve wird normalisiert, um (1) den Unterschied zwischen der Neigung der Referenz-Kalibrierungskurve und der Neigung der Sensor-Kalibrierungskurve und (2) den Unterschied zwischen dem Achsenabschnitt der Referenz-Kalibrierungskurve und dem Achsenabschnitt der Sensor-Kalibrierungskurve zu kompensieren, durch ein Verfahren, das die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Bestimmen des Achsenabschnitts der Referenz-Kalibrierungskurve;
(b) Bestimmen des Achsenabschnitts der Sensor-Kalibrierungskurve;
(c) Bestimmen der Neigung der Referenz-Kalibrierungskurve;
(d) Bestimmen der Neigung der Sensor-Kalibrierungskurve;
(e) Anpassen der Sensor-Kalibrierungskurve, wenn nötig, um den Unterschied zwischen dem Achsenabschnitt der Referenz-Kalibrierungskurve und dem Achsenabschnitt der Sensor-Kalibrierungskurve zu kompensieren; und
(g) Anpassen der Sensor-Kalibrierungskurve, wenn nötig, um den Unterschied zwischen der Neigung der Referenz-Kalibrierungskurve und der Neigung der Sensor-Kalibrierungskurve zu kompensieren.

In einem anderen Aspekt stellt diese Erfindung ein Verfahren zur Kalibrierung einer tragbaren Einheit zum Messen der Konzentration von Wasserstoffperoxid bereit. In diesem Verfahren kann Wasserstoffperoxid-Dampf durch ein Kalibrierungsgefäß hindurchgeführt werden, welches in ein Wasserbad eingetaucht ist, unter kontrollierten Testbedingungen. Ein tragbarer Sensor für die Detektion von Wasserstoffperoxid-Dampf, der innerhalb des Kalibrierungsgefäßes installiert ist, wird auf die Konzentration von Wasserstoffperoxid, die Temperatur, und die relative Feuchte für jeden Testdurchlauf reagieren. Die Konzentration von Wasserstoffperoxid kann wiederholt überprüft werden durch ein Standardtitrationsverfahren. Die Genauigkeit des so bestimmten Wertes der Konzentration von Wasserstoffperoxid kann durch eine Detektionseinheit für Wasserstoffperoxid-Dampf-Rückstände (Drager Kit) überprüft werden, um die Konzentration von restlichem Wasserstoffperoxid in dem Flußstrom zu bestimmen, der aus dem System austritt. Zusätzliche Impinger können zu dem System hinzugefügt werden, um alles Wasserstoffperoxid von dem Strom von fließender Luft einzufangen, wenn restliches Wasserstoffperoxid durch eine Detektionseinheit für Wasserstoffperoxid-Dampfrückstände detektiert werden sollte. Zusätzliche Daten können erzeugt werden, um diese Bedingungen, von denen erwartet wird, daß sie in einer praktischen Anwendung auftreten, abzudecken.
Das Verfahren dieser Erfindung ist in der Lage Kalibrierungen durchzuführen, die sowohl statische als auch dynamische Verarbeitungsbedingungen imitieren, wie zum Beispiel gesehen in der Sterilisation von Bosch aspetischen Maschinen und der Wasserstoffperoxid-Sprühsterilisierung von Flaschen. Flexibilität in der Auswahl von Parametern, welche einem bei der Erzeugung von Wasserstoffperoxid-Dampf entgegentreten, erlaubt eine dynamische und statische Kalibrierung von Instrumenten für die Bestimmung der Konzentration von Wasserstoffperoxid unter Bedingungen von hoher Temperatur, hoher Konzentration, einer variablen Fließgeschwindigkeit von Luft, und einer variablen Feuchte für die Testzelle.
Das Verfahren dieser Erfindung erlaubt die Kalibrierung von Instrumenten zur Bestimmung der Konzentration von Wasserstoffperoxid-Dampf für vielzählige Anwendungen. Die kombinierte Anwendung eines Wasserbades, einer Titrationsstation, eines Drager Kits, einer Dosierpumpe, und eines Wasserstoffperoxid-Flußmeßgeräts erlaubt die Kalibrierung einer tragbaren Detektionseinheit für die Bestimmung von niederen Konzentrationen von Wasserstoffperoxid.
Das Verfahren dieser Erfindung kann auch verwendet werden, um die Kondensation von Wasserstoffperoxid zu untersuchen, indem die Geschwindigkeit der Injektion von Wasserstoffperoxid, die Temperatur(en) der Hitzeaustauscher, die Temperatur(en) der/des Wasserbades(bäder) und die Geschindigkeiten des Luftflusses verändert werden. Die Geschwindigkeiten der Kondensation und der Zersetzung von Wasserstoffperoxid können berechnet werden durch Bestimmen des Unterschiedes zwischen der Menge an injiziertem Wasserstoffperoxid und der Menge an detektiertem Wasserstoffperoxid über einen ausgewählten Zeitraum. Die Temperatur, bei welcher Luft durch Wasserstoffperoxid unter bekannten Bedingungen gesättigt werden kann, kann ebenfalls abgeschätzt werden.
Das Verfahren dieser Erfindung kann verwendet werden, um einen Sensor für ein Sterilisationssystem zu kalibrieren, um die Fähigkeit zu verbessern, die Konzentration von Sterilisationsmittel bei einem gegebenen Punkt in dem System zu jeder Zeit in verschiedenen Verarbeitungsstadien zu bestimmen. Durch dieses Verfahren kann eine genaue Information über den Prozeß in jedem Stadium bereitgestellt werden.
Das Verfahren dieser Erfindung kann auch verwendet werden, um Instrumente zur Überwachung der Konzentration von Wasserstoffperoxid-Dampf in jeder Umgebung, wo Wasserstoffperoxid-Dampf verwendet wird, zu kalibrieren. Solche Umgebungen schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Reinraumoperationen, pharmazeutische Isolatorsterilisation, aseptische Verarbeitungssysteme und mikrobiologische Erforschung der Sterberate für verschiedene Bakterien unter der Einwirkung von Wasserstoffperoxid.
Diese Erfindung stellt ein Verfahren zur Kalibrierung von Instrumenten zur Bestimmung der Konzentration eines Sterilisationsmittels, zum Beispiel Wasserstoffperoxid-Dampf, für einen breiten Bereich von Verarbeitungs- und Betriebsbedingungen bereit. Diese Betriebsbedingungen schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Lufttemperatur, Fließgeschwindigkeit von Luft, Verdampfungstemperatur, Wasserstoffperoxid-Injektionsgeschwindigkeit, Grad der Sättigung von Luft durch Wasserstoffperoxid-Dampf bei verschiedenen Temperaturen, Feuchtigkeitsvariationen, Druck-Fluktuationen etc.
Es soll verstanden werden, daß das Verfahren dieser Erfindung nicht auf das Sterilisationsmittel Wasserstoffperoxid eingeschränkt ist. Das Verfahren dieser Erfindung kann verwendet werden, um Instrumente zur Bestimmung der Konzentration von anderen Gasen, die für die Sterilisation verwendet werden, zu kalibrieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm, das ein System veranschaulicht, das geeignet ist zum Erzeugen von Wasserstoffperoxid-Dampf unter kontrollierbaren Betriebsbedingungen. Dieses Diagramm schließt die Komponenten des Systems ein, die benötigt werden, um einen Sensor für ein Sterilisationssystem zu kalibrieren.
2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Testzelle zur Verwendung in der Kalibrierung eines Sensors für ein Sterilisationssystem veranschaulicht.
3 veranschaulicht einen Diagrammtyp, der geeignet ist zum Kalibrieren eines Sensors für die Verwendung zum Detektieren der Konzentration von Wasserstoffperoxid-Dampf in einem System. Das Diagramm schließt eine Referenz-Kalibrierungskurve und eine Sensor-Kalibrierungskurve ein.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie hierin verwendet bedeutet der Ausdruck "Sterilisationsmittel" eine Substanz, die einen oder mehrere Zielmikroorganismen töten kann. Der Ausdruck "Referenz-Kalibrierungsdaten" bedeutet einen Satz an Daten, abgeleitet von der Untersuchung einer Vielzahl von Sensoren, der verwendet wird um eine Datenbank zu erstellen. Der Satz von Daten wird erhalten von mindestens der minimalen Anzahl einer Vielzahl von Sensoren, welche ein statistisch signifikantes Ergebnis bereitstellen werden. Der Ausdruck "messbarer Parameter" bedeutet eine Variable, die durch ein Messverfahren gemessen werden kann, das für jemanden mit durchschnittlichem Können im Fachgebiet akzeptabel ist. Der Ausdruck "Menge" bedeutet die Eigenschaft oder den Aspekt eines Dings, das gemessen, gezählt, oder verglichen werden kann, wie zum Beispiel die Geschwindigkeit des Luftflusses. Der Ausdruck "Sensor-Kalibrierungsdaten" bedeutet einen Satz von Daten, abgeleitet von der Untersuchung eines einzelnen Sensors, der verwendet wird um eine Datenbank zu erstellen. Der Satz von Daten wird von einem einzelnen Sensor bei einem gegebenen physikalischen Zustand und bei einem gegebenen Konzentrationsspiegel erhalten. Der Ausdruck "Normalisieren" bedeutet das Bewirken, dass die Sensor-Kalibrierungsdaten den Referenz-Kalibrierungsdaten entsprechen. Der Ausdruck "Luftqualität" bedeutet den physikalischen Zustand der Luft, in welche Wasserstoffperoxid eingedampft wird. Parameter, welche verwendet werden können, um die Luftqualität zu charakterisieren, schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf die Temperatur, relative Feuchte, den Druck, und dergleichen. Der Ausdruck "Signal" bedeutet eine sich verändernde elektrische Quantität wie die Spannung, den Strom, die elektrische Feldstärke, deren Variationen eine kodierte Information darstellen. Der Ausdruck "mathematische Beziehung" bedeutet eine mathematische Gleichung, die mindestens einen Parameter als eine Funktion von mindestens einem anderen Parameter ausdrückt. Der Ausdruck "Neigung" bedeutet die Geschwindigkeit, bei welcher eine Ordinate eines Punktes einer Linie auf einer Koordinatenebene sich in Bezug auf eine Änderung in der Abszisse ändert. Der Ausdruck "Achsenabschnitt" bedeutet die Distanz vom Ursprung der Koordinaten entlang einer Koordinatenachse bis zu dem Punkt, bei welchem eine Linie, eine Kurve, oder eine Oberfläche die Achse schneidet. Der Ausdruck "Drager Kit" bedeutet eine Einheit zur Detektion der Konzentration von restlichem Wasserstoffperoxid-Dampf. Der Ausdruck "statischer Zustand" bezieht sich auf die Situation, in welcher sowohl der Sensor als auch der Wasserstoffperoxid-Dampf vorübergehend in einer luftdichten Kammer, die bei einer konstanten Temperatur und Feuchtigkeit gehalten wird, während eines Testdurchlaufs oder Kalibrierungsdurchlaufs eingeschlossen sind. Der Ausdruck "dynamischer Zustand" bezieht sich auf die Situation, in welcher der Sensor in dem Strom installiert ist, in welchem der Wasserstoffperoxid-Dampf fließt. In einem Aspekt schließt diese Erfindung ein Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors ein, der verwendet wird zum Messen der Menge eines Sterilisationsmittels in einem System zur Zuführung des Sterilisationsmittels, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Erzeugen von Referenz-Kalibrierungsdaten, wobei die Referenz-Kalibrierungsdaten eine Beziehung zeigen zwischen einem messbaren Parameter, zum Beispiel der Spannung und einer Menge des Sterilisationsmittels, zum Beispiel Teile des Sterilisationsmittels pro Millionen Teile von Luft (ppm), für eine Vielzahl von Sensoren;
(b) Erzeugen von Sensor-Kalibrierungsdaten, wobei die Sensor-Kalibrierungsdaten eine Beziehung zwischen dem messbaren Parameter und der Menge des Sterilisationsmittels zeigen, für einen einzelnen Sensor;
(c) Normalisieren der Sensor-Kalibrierungsdaten, um den Unterschied zwischen dem messbaren Parameter für die Referenz-Kalibrierungsdaten und dem messbaren Parameter für die Sensor-Kalibrierungsdaten für den einzelnen Sensor zu kompensieren, wodurch die Menge des Sterilisationsmittels in dem System genau bestimmt werden kann.

Um die Referenz-Kalibrierungsdaten zu erzeugen, wird jeder von einer Vielzahl von Sensoren gegenüber mindestens zwei Mengen von Luft (z. B. 30 Kubikmeter/Stunde und 110 Kubikmeter/Stunde) ausgesetzt. Jede der mindestens zwei Mengen von Luft hat (1) eine bekannte Qualität (z. B. 60% relative Feuchte bei 70°C) und (2) eine bekannte Konzentration von Sterilisationsmittel-Dampf (z. B. 10,000 ppm von Wasserstoffperoxid-Dampf). Der Sterilisationsmittel-Dampf hat auch einen bekannten physikalischen Zustand (z. B. 70°C). Die Signale, die von jedem der Sensoren ausgesendet werden, werden gemessen. Jedes der gemessenen Signale entspricht der Konzentration von Sterilisationsmittel-Dampf. Dann wird eine mathematische Beziehung zwischen den gemessenen Signalen und den Konzentrationen entsprechend den gemessenen Signalen für jeden der Sensoren erstellt. Die vorhergehenden Arbeitsvorgänge werden wiederholt bis eine mathematische Beziehung zwischen den gemessenen Signalen und den Konzentrationen entsprechend den gemessenen Signalen für jeden Sensor der Vielzahl von Sensoren erstellt wurde. Dann werden die Referenz-Kalibrierungsdaten von den Daten abgeleitet und mathematische Beziehungen werden aus den vorhergehenden Messungen erhalten. Typischerweise stellen die Referenz-Kalibrierungsdaten das Mittel (den Durchschnitt) der Daten dar, die von den vorhergehenden Messungen erhalten wurden. Die Anzahl von Sensoren, die verwendet wurden, um die Referenz-Kalibrierungsdaten zu erstellen, ist vorzugsweise ausreichend, um Referenz-Kalibrierungsdaten bereitzustellen, die eine normale Verteilung zeigen, wobei ungefähr 95% der Werte der Sensoren innerhalb zwei Standardabweichungen des Mittels fallen. Im allgemeinen wird bevorzugt, daß mindestens 10 Sensoren verwendet werden, um Daten bereitzustellen zur Herstellung der Referenz-Kalibrierungsdaten.
Um die Sensor-Kalibrierungsdaten zu erzeugen wird ein einzelner Sensor bereitgestellt. Dieser Sensor wird gegenüber mindestens zwei Mengen von Luft ausgesetzt, wobei jede der mindestens zwei Mengen von Luft (1) eine bekannte Qualität und (2) eine bekannte Konzentration von Sterilisationsmittel-Dampf hat. Der Sterilisationsmittel-Dampf hat einen bekannten physikalischen Zustand. Die Signale, die durch den Sensor ausgesendet werden, werden gemessen. Jedes der gemessenen Signale entspricht einer Konzentration von Sterilisationsmittel-Dampf. Eine mathematische Beziehung wird erstellt zwischen den Signalen, die durch den Sensor ausgesendet wurden und den Konzentrationen, die den Signalen entsprechen, die für den Sensor gemessen wurden. Dann werden die Sensor-Kalibrierungsdaten von den Daten abgeleitet und mathematische Beziehungen werden aus den vorhergehenden Messungen erhalten.
Dann werden die Sensor-Kalibrierungsdaten normalisiert, um den Unterschied zwischen dem messbaren Parameter für die Referenz-Kalibrierungsdaten (z. B. die Spannung) und dem messbaren Parameter für die Sensor-Kalibrierungsdaten für den einzelnen Sensor zu kompensieren. Um den Normalisierungsschritt auszuführen, wird eine Konzentration von Sterilisationsmittel-Dampf ausgewählt. Der Wert des messbaren Parameters, bei welchem die Konzentration des Sterilisationsmittel-Dampfes, die von den Sensor-Kalibrierungsdaten erhalten wird, gleich der Konzentration von Sterilisationsmittel-Dampf von den Referenz-Kalibrierungsdaten ist, wird bestimmt. Dieser Wert des messbaren Parameters für eine gegebene Konzentration muß sowohl in den Referenz-Kalibrierungsdaten als auch den Sensor-Kalibrierungsdaten sein. Die Werte des messbaren Parameters in den Sensor-Kalibrierungsdaten werden um eine ausreichende Menge angepaßt, um die Abweichung der Sensor-Kalibrierungsdaten von den Referenz-Kalibrierungsdaten zu kompensieren.
Die Form der Daten für sowohl die Referenz-Kalibrierungsdaten als auch die Sensor-Kalibrierungsdaten ist nicht entscheidend. Bevorzugte Formen von Daten schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Kurven, die auf kartesischen Koordinaten graphisch dargestellt sind, Nomogramme und Tabellen, die Signal/Konzentrationsdaten enthalten. Natürlich muss die Form für die Referenz-Kalibrierungsdaten und die Sensor-Kalibrierungsdaten gleich sein, um eine bedeutungsvolle Anpassung sicherzustellen.
In einer Ausführungsform, in welcher Kurven, graphisch dargestellt auf kartesischen Koordinaten, verwendet werden, kann die Kalibrierung in der folgenden Art und Weise ausgeführt werden. Eine lineare Referenz-Kalibrierungskurve mit einer Neigung und einem Achsenabschnitt wird hergestellt. Der Wert der Konzentration wird auf der Abszisse graphisch dargestellt und der Wert des Signals wird auf der Ordinate graphisch dargestellt. Eine lineare Sensor-Kalibrierungskurve für einen einzelnen Sensor mit einer Neigung und einem Achsenabschnitt wird hergestellt. Der Wert der Konzentration wird auf der Abszisse graphisch dargestellt und der Wert des Signals wird auf der Ordinate graphisch dargestellt. Die Referenz-Kalibrierungskurve und die Sensor-Kalibrierungskurve schneiden bei einem Satz von Koordinaten. Die Sensor-Kalibrierungskurve wird an die Referenz-Kalibrierungskurve normalisiert, um (1) den Unterschied zwischen der Neigung der Referenz-Kalibrierungskurve und der Neigung der Sensor-Kalibrierungskurve und (2) den Unterschied zwischen dem Achsenabschnitt der Referenz-Kalibrierungskurve und dem Achsenabschnitt der Sensor-Kalibrierungskurve zu kompensieren. Die Normalisierung kann in verschiedenen Arten ausgeführt werden. In einer Ausführungsform der Normalisierung kann die Sensor-Kalibrierungskurve physikalisch angepaßt werden, indem sie vertikal und drehend angepaßt wird, so daß der Achsenabschnitt und die Neigung der Sensor-Kalibrierungskurve mit dem Achsenabschnitt bzw. der Neigung der Referenz-Kalibrierungskurve übereinstimmt. In einer anderen Ausführungsform der Normalisierung kann die Variable, die das Signal auf der Sensor-Kalibrierungskurve darstellt (d.h. Spannung oder log (Spannung)), in die Gleichung hinein substituiert werden, die die Konzentration und das Signal der Referenz-Kalibrierungskurve ins Verhältnis setzt.
Nun bezugnehmend auf 1 und 2, wird komprimierte Luft bei Raumtemperatur in ein System 10 eingeführt, das geeignet ist zum Erzeugen von Wasserstoffperoxid-Dampf, unter kontrollierbaren Arbeitsbedingungen, durch ein Ventil 12. Die komprimierte Luft wird durch den Buchstaben "A" dargestellt. Die Luft wird durch einen Luftfilter 14 filtriert, um Dreck und andere fremde Substanzen zu entfernen. Ein Ventil 16, vorzugsweise ein Membranventil, wird verwendet, um die Fließgeschwindigkeit der Luft zu steuern, und ein Druckregulator 18 wird verwendet, um den Druck der Luft anzupassen. Die Fließgeschwindigkeit der Luft wird durch ein Fließmeßgerät 20 überwacht und die Parameter der Luftqualität werden durch ein Datenerfassungssystem gemessen und aufgezeichnet (z. B. Keithley 500 Datenerfassungssystem, Keithley Instruments, Inc., 28775 Aurora Road, Cleveland, Ohio 44139). Die Parameter der Luftqualität schließen Temperatur, Feuchtigkeit und Druck ein. Diese Parameter werden durch einen Temperatursensor 22, einen Feuchtigkeitssensor 24, bzw. einen Drucksensor 26 überwacht. Aufgrund von jahreszeitlichen Schwankungen in der Qualität von Luft in dem Raum, der die Komponenten des Systems 10 enthält, wird der Feuchtigkeitsgehalt der Luft auf einen vorherbestimmten Spiegel eingestellt, zum Zweck der Kalibrierung. Der Feuchtigkeitsgehalt der Luft wird eingestellt durch Verwenden von entweder einem Entfeuchtungsapparat 28, welcher betrieben wird durch Öffnen oder Schließen eines Ventils 30, oder einem Befeuchtungsapparat 32, welcher betrieben wird durch Öffnen oder Schließen eines Ventils 34. Die eingestellte Luftqualität wird durch einen Temperatursensor 36 und einen Feuchtigkeitssensor 38 gemessen, die stromabwärts von dem Auslaß 40 des Entfeuchtungsapparats 28 und dem Auslaß 41 des Befeuchtungsapparats 32 angeordnet sind. Dementsprechend wird der Temperaturspiegel und der Feuchtigkeitsspiegel der Luft bekannt sein.
Die Luft wird dann durch einen Wärmeaustauscher 42 auf eine festgesetzte Temperatur erhitzt. Die Konzentration von Wasserstoffperoxid (hiernach H₂O₂) -Dampf in einer Probe von Luft, die mit H₂O₂-Dampf gesättigt ist, ist eine Funktion der Temperatur. Wenn die Temperatur der Luft erhöht wird, kann die Luft eine höhere Konzentration von H₂O₂-Dampf halten. Die Temperatur der Luft kann überwacht werden durch einen Temperatursensor 44, der stromabwärts des Auslasses 46 des Wärmeaustauschers 42 angeordnet ist. In dem Wärmeaustauscher 42 ist die Temperatur eine Funktion des Dampfdruckes. Durch Einstellen des Dampfdruckes des Wärmeaustauschers 42 kann die Temperatur der Luft gesteuert werden. Die Luft wird dann in einen Wärmeaustauscher 48 eingeführt und mit einem Strom von H₂O₂-Tröpfchen, die durch einen Zerstäuber 50 erzeugt wurden, vermischt. Das H₂O₂ wird veranlaßt schnell zu verdampfen und wird weiter auf eine höhere Temperatur erhitzt. Eine Dosierpumpe 52 steuert die Geschwindigkeit der Injektion von flüssigem H₂O₂ in die Luft, die in den Wärmeaustauscher 48 fließt. Ein Durchflußmesser 54 wird verwendet, um die Fließgeschwindigkeit von flüssigem H₂O₂ zu überwachen, um sicherzustellen, daß die Geschwindigkeit der Injektion von H₂O₂ richtig ist. Die Temperatur des flüssigen H₂O₂ kann durch einen Temperatursensor 56 gemessen werden, um eine gleichmäßige Temperatur für alle Kalibrierungsoperationen sicherzustellen. Ein Tank für die Lagerung des flüssigen H₂O₂ wird durch die Referenznummer 58 angegeben, und ein Ventil zur Steuerung der Injektion von flüssigem H₂O₂ in den Luftstrom wird durch die Referenznummer 60 angegeben. Der Tank 58 und das Ventil 60 sind solche, wie sie üblicherweise zum Einführen von flüssigem H₂O₂ in ein Sterilisationssystem verwendet werden. Dementsprechend sind der Tank 58 und das Ventil 60 gegenüber H₂O₂ resistent.
Die Mischung aus Luft und H₂O₂-Dampf kann in einem von verschiedenen Zuständen vorliegen. Diese Zustände können wie folgt beschrieben werden:

1. Luft ist gesättigt mit H₂O₂-Dampf – Kondensation von Tröpfchen des H₂O₂-Dampfes tritt auf, wenn die Temperatur sinkt;
2. Luft ist nicht gesättigt mit H₂O₂-Dampf – H₂O₂-Dampf zersetzt sich auf den Oberflächen von bestimmten Materialien; H₂O₂-Dampf kondensiert, wenn die Temperatur unter die Sättigungstemperatur fällt;
3. Unter beiden Umständen (gesättigt und ungesättigt), wenn die Temperatur ansteigt, werden H₂O₂-Tröpfchen wieder verdampfen;
4. Latente Wärme der Verdampfung von H₂O₂ ist positiv; Verdampfung von H₂O₂ erzeugt extra Wärme in dem System.

Die Temperatur der Luft ist im allgemeinen höher als die Temperatur, bei welcher der Wärmeaustauscher 48 festgesetzt wird, und die Temperatur der Luft ist schwierig vorherzusagen und zu steueren.
Zwei zusätzliche Wärmeaustauscher 62 und 64 können verwendet werden, um die Temperatur der Luft zu vermindern und sicherzustellen, daß die Luft mit H₂O₂-Dampf bei einer bekannten Temperatur gesättigt ist. Damit die Luft ein Stadium der Sättigung erreicht, ist es üblich, eine Flüssigkeit bei einer hohen Temperatur zu verdampfen und dann die Temperatur zu reduzieren. Wenn eine ausreichende Menge an Flüssigkeit in das System bei einer hohen Temperatur injiziert wird, kann die Sättigung garantiert werden, wenn der Dampf abgekühlt wird. Auch sollte der Sättigungsprozeß bei dem letztmöglichen Punkt durchgeführt werden, bevor der H₂O₂-Dampf für die Sterilisation verwendet wird, weil es schwierig ist die Kondensation und Zersetzung bei irgendeinem anderen Punkt in dem System zu kontrollieren.
Die Temperatur der Luft an verschiedenen Orten in dem System 10 kann durch Temperatursensoren 65a, 65b und 65c überwacht werden.
Die Luft, die das H₂O₂ enthält, wird dann in eine Testzelle 66 eingeführt. Ein vereinfachtes Diagramm der Testzelle 66 ist in 2 gezeigt. Die Testzelle 66 ist beschrieben in US-A-6517775, mit dem Titel STERILANT MONITORING ASSEMBLY AND APPARATUS AND METHOD USING SAME. In US-A-6517775 wird die Testzelle als eine Sterilisationsmittelüberwachungsvorrichtung bezeichnet und wird durch die Referenznummer 200 angegeben. Ein Sensor 68, der zum Bestimmen der Konzentration von H₂O₂-Dampf geeignet ist, wird in die Testzelle 66 installiert, um kalibriert zu werden. Es wird bevorzugt, daß die Bedingungen innerhalb der Testzelle 66 im wesentlichen identisch sind zu denjenigen, die in einem tatsächlichen Sterilisationsprozeß verwendet werden. Es sollte angemerkt werden, daß die Daten für die Kalibrierungsoperation wahrscheinlich nur gültig sind nachdem das System 10 ein Gleichgewichtsstadium erreicht. Dementsprechend sollte das System 10 eine ausreichende Zeit lang betrieben werden, um ein Gleichgewichtsstadium zu erreichen.
Es ist bevorzugt, daß zwei Typen von Durchgängen in jeder Kalibrierungsoperation durchgeführt werden. In einem statischen Testdurchlauf wird eine interne Zelle 70 in die Testzelle 66 platziert, in fluidischer Verbindung mit dem fließenden Luftstrom für eine spezifische Zeitspanne, wobei der fließende Luftstrom ein Gleichgewichtsstadium erreicht hat. Um die Konzentration von H₂O₂-Dampf in einer Luftprobe zu bestimmen, wird die interne Zelle 70 in der Testzelle 66 dann durch einen Kolben 72 verschlossen, der sich in einem Zylinder 74 unter der Einwirkung von komprimierter Luft, die gegen eine Feder 76 drückt, bewegt. Die komprimierte Luft kann in den Zylinder 74 durch einen Einlaß 78 eingeführt werden. Ein H₂O₂-resistenter O-Ring 80 kann verwendet werden, um sicherzustellen, daß die interne Zelle 70 gegen eine Wärmeisolationsplatte 82 verschlossen ist. Die Abdeckung der Testkammer 66 wird durch die Referenznummer 84 bezeichnet, und ein Thermoelement wird durch die Referenznummer 86 bezeichnet. Die Daten, die durch diesen statischen Testdurchlauf erhalten werden, spiegeln den Level der Konzentration von H₂O₂-Dampf unabhängig von der Fließgeschwindigkeit von Luft wider. Die fließende Luft, die die interne Zelle 70 umgibt, dient als ein Isolationsmantel, um eine gleichmäßige und konstante Temperatur während des statischen Testdurchlaufs aufrechtzuerhalten. In einem dynamischen Testdurchlauf wird die interne Zelle 70 zu allen Zeiten in fluidischer Verbindung mit der fließenden Luft platziert. In anderen Worten ist die interne Zelle 70 nicht gegen die Wärmeisolationsplatte 82 verschlossen. In dem dynamischen Testdurchlauf spiegeln die erhaltenen Daten nur die Konzentration von H₂O₂-Dampf bei einer spezifischen Fließgeschwindigkeit von Luft wider.
Die Ergebnisse, die von den zwei Typen von Kalibrierungsdurchläufen erhalten werden, können verwendet werden, um die Bestimmung der Konzentration von H₂O₂-Dampf unter tatsächlichen Sterilisationsbedingungen zu verifizieren. Zum Beispiel, wenn die Ablesungen der Konzentration von H₂O₂-Dampf, die in statischen Testdurchläufen bestimmt wurden, im wesentlichen konstant bleiben, aber wenn die Ablesungen der Konzentration von H₂O₂-Dampf, die in dynamischen Testdurchläufen bestimmt wurden, im wesentlichen variieren, (1) könnte sich die Fließgeschwindigkeit der Luft geändert haben, (2) die Geschwindigkeit der Zugabe von Sterilisationsmittel zu dem System könnte sich geändert haben, oder (2) irgendetwas mit dem System könnte flasch sein. In ähnlicher Weise, wenn die Ablesungen der Konzentration von H₂O₂-Dampf, die in statischen Durchlaufbedingungen bestimmt wurden, im wesentlichen variieren, aber wenn die Ablesungen der Konzentration von H₂O₂-Dampf, die in dynamischen Testdurchläufen bestimmt wurden, im wesentlichen konstant bleiben (1) könnte sich die Fließgeschwindigkeit der Luft geändert haben, (2) die Geschwindigkeit der Zugabe von Sterilisationsmittel zu dem System könnte sich geändert haben, oder (2) irgendetwas mit dem System könnte falsch sein. Angenommen, daß sich die Fließgeschwindigkeit der Luft nicht geändert hat, und daß sich die Geschwindigkeit der Zugabe von Sterilisationsmittel zu dem System nicht geändert hat, könnte das, was mit dem System falsch ist, sein, daß der Sensor zur Bestimmung der Konzentration von H₂O₂-Dampf unzuverlässige Ablesungen bereitstellt, was das Ergebnis einer unzuverlässigen Kalibrierung sein kann. Wenn das Verfahren zur Kalibrierung des Sensors unzuverlässig ist, kann die Konzentration von H₂O₂-Dampf, die durch den Sensor bestimmt wird, irreführend sein. Eine falsche Bestimmung der Konzentration des H₂O₂-Dampfes kann zu einer Kontaminierung des Systems führen und zu einem Verderben des Produkts. Zum Beispiel könnte ein Abfall in der Spannung in der gemessenen Reaktion durch den Sensor, bewirkt durch einen Anstieg in der Fließgeschwindigkeit von Luft, interpretiert werden als ein Abfall in der Konzentration von H₂O₂-Dampf in dem System. Dieser augenscheinliche Abfall in der Reaktion kann bewirken, daß Kontrollen in dem System die Menge an zugeführtem H₂O₂ erhöhen, wodurch eine übermäßige Menge an H₂O₂-Dampf bereitgestellt wird. Eine übermäßige Menge an H₂O₂ in dem System wird zu einer übermäßigen Menge an Rückstand führen. Umgekehrt kann ein Anstieg in der Spannung in der Reaktion des Sensors von einem Abfall in der Fließgeschwindigkeit von Luft herrühren. Wenn die Zuführungsgeschwindigkeit von H₂O₂ dementsprechend vermindert wird, kann eine Lücke in der Sterilität des Systems auftreten. Aufgrund der vorigen Gründe ist es regelmäßig wünschenswert Kalibrierungsdurchläufe von Sensoren quer-zuchecken.
Wie zuvor angegeben, sollte das System 10 eine ausreichende Zeit lang betrieben werden, um ein Gleichgewichtsstadium zu erreichen. Wenn das System anfangs aktiviert wird, fließt die Luft, die aus der Testzelle 66 austritt, in eine Probensammelöffnung 88, die stromabwärts von der Testzelle 66 angeordnet ist. Ein Ventil 90 wird betrieben, um es der Luft zu erlauben durch die Probensammelöffnung 88 zu fließen, um zu einem katalytischen Umwandler 92 transportiert zu werden, welcher die Zersetzung von H₂O₂ (d.h. die Zerstörung von H₂O₂) beschleunigt, bevor es in die Raumumgebung eintritt. Während dieser anfänglichen Aktivierungsperiode erlaubt ein Ventil 94, vorzugsweise ein programmierbares Drei-Wege-Ventil, daß Luft durch das System 10 zu einem Ventil 96 fließt, vorzugsweise ein Drei-Wege-Ventil, und von dort zu dem katalytischen Umwandler 92. Während dieser anfänglichen Aktivierungsphase wird ein Ventil 98, welches später beschrieben werden wird, geschlossen.
Nach der anfänglichen Aktivierungsphase, d.h., wenn das System 10 ein Gleichgewichtsstadium erreicht hat, wird das Signal (z. B. Spannungsdaten), das von dem Sensor 68 erhalten wird, mit der Konzentration von H₂O₂-Dampf in der Testzelle 66 korreliert. Um diese Korrelation durchzuführen, wird eine Probe von Luft, die über die Probensammelöffnung 88 gesammelt wurde, durch eine Titrationsstation 100 geleitet, welche eine Serie von Impingern 102 umfaßt, die in ein Eisbad 104 gesetzt sind. Die Fließgeschwindigkeit der Probe von Luft wird durch einen Durchflußzähler 106 gemessen. Die Dauer des Tests wird genau kontrolliert durch den Betrieb des Ventils 94. Um diese Messung durchzuführen, erlaubt das Ventil 94, daß Luft durch das System 10 zu dem Ventil 96 fließt, welches betrieben wird, um zu erlauben, daß die Luft in die Titrationsstation 100 eintritt. Das Ventil 90 wird betrieben, um zu erlauben, daß Luft durch den katalytischen Umwandler 92 fließt, und das Ventil 98 wird geschlossen. Die Menge an H₂O₂, die in den Impingern 102 eingefangen wird, ist eine Funktion der Zeit. Durch Messen der verbrauchten Zeit und der Menge an H₂O₂, die in den Impingern 102 gesammelt wurde, kann die Konzentration von H₂O₂ abgeschätzt werden. Zum Beispiel, wenn der Fluß von Luft 10 Kubikmeter pro Minute ist, und wenn ungefähr 10 ml von H₂O₂ Dampf in den Impingern 102 kondensieren, dann ist die Konzentration von H₂O₂ gleich ungefähr 1 ml pro Kubikmeter. Die Fließgeschwindigkeit der Probe von Luft zu der Titrationsstation 100 kann gesteuert werden durch Einstellen der Größe einer Öffnung in der Probensammelöffnung 88.
Wenn die Titrationsstation 100 verwendet wird, um die Konzentration von H₂O₂ in der Probe von Luft in der Testzelle 66 zu bestimmen, wird das Ventil 94 betrieben, um zu erlauben, daß die Luft, die den H₂O₂-Dampf enthält, eine Testkammer 108 in einem Wasserbad 110 umgeht. Die Testkammer 108 kann verwendet werden, um eine tragbare H₂O₂-Detektionseinheit 112 zu kalibrieren. Eine tragbare H₂O₂-Detektionseinheit ist eine, die in einem Flaschensterilisator installiert werden kann, wie zum Beispiel einem Bosch-Apparat, oder die an irgendeinem Ort in einem Isolator oder einem Reinraum platziert werden kann, um die Sterilisation durch H₂O₂ zu überwachen. Eine tragbare H₂O₂-Detektionseinheit kann auch innerhalb eines Behälters installiert werden, wie zum Beispiel einem 946,336 ml (32 Unzen) Plastikbehälter, um den H₂O₂-Dampfzustand nach einer H₂O₂-Dampfsprühprozedur zur Sterilisation der Flaschen zu detektieren. Die tragbare Einheit ist eine integrierte Einheit, die einen H₂O₂-Sensor, ein Datenaufzeichnungselement, eine Batterie zur Energielieferung, einen Signalkonditionierungsschaltkreis, einen nahen Infrarot (NIR) Empfänger, einen DC/DC-Umwandler, und einen Temperatursensor umfaßt. Tragbare Einheiten sind vorzugsweise programmierbar und die erhaltenen Daten durch Verwenden einer solchen Einheit können nach einem Test heruntergeladen werden. Eine tragbare Einheit hat eine Größe von ungefähr 2,54 cm auf 5,08 cm auf 5,08 cm. Tragbare H₂O₂-Detektionseinheiten sind beschrieben in US-A-6318151, mit dem Titel SELF-CONTAINED STERILNT MONITORING ASSEMBLY AND METHOD OF USING SAME. Bevor die Messungen in der Testkammer 108 durchgeführt werden, wird bevorzugt, daß das System 10 für einen ausreichenden Zeitraum betrieben wird, um Kondensation von H₂O₂ zu vermeiden. Eine solche Kondensation resultiert aus dem Temperaturdifferenzial zwischen der Luft, die den H₂O₂-Dampf enthält, und den internen Oberflächen von den Leitungen der Testzelle 66, der Testkammer 108, und den Ventilen. Während der anfänglichen Aktivierungsphase, die vor der Verwendung der Testkammer 108 vorgeschlagen wird, wird das Ventil 94 betrieben, um der Luft zu erlauben in die Testkammer 108 zu fließen, und das Ventil 98 ist offen. Das Ventil 96 wird betrieben, um es der Luft, die aus der Testkammer 108 austritt, zu erlauben durch den katalytischen Umwandler 92 zu fließen, und das Ventil 90 ist offen. Wenn die Testkammer verwendet wird, um eine tragbare Detektionseinheit 112 zu kalibrieren, wird das Ventil 96 betrieben, um zu verhindern, daß die Luft, die aus der Testkammer 108 austritt, zu dem katalytischen Umwandler 92 fließt, und das Ventil 90 ist offen. Das Ventil 96 wird betrieben, um der Luft, die aus der Testkammer 108 austritt, zu erlauben zu der Titrationsstation 100 zu fließen.
Während der Kalibrierung der tragbaren Einheit 112 wird die tragbare Einheit 112 innerhalb der Testkammer 100 platziert und durch eine Fernsteuerung (nicht gezeigt), vorzugsweise einer nahen Infrarot (NIR) Fernsteuerung, betrieben. Der Fluß der Luft wird eingestellt durch Einstellen der Größe der Öffnung der Probensammeleinheit 88. Die Temperatur des Wasserbades 110 ist dieselbe wie die Temperatur der Luftprobe, die den H₂O₂-Dampf enthält. Durch Messen der Dauer des Testdurchlaufs und der Fließgeschwindigkeit der Luftprobe kann die Konzentration von H₂O₂-Dampf in der Probe berechnet werden, in derselben Art und Weise wie verwendet, um den Sensor 68, der in der Testzelle 66 getestet wurde, zu kalibrieren. Ein Verhältnis zwischen den Spannungsdaten, die aus der tragbaren H₂O₂-Detektionseinheit 112 erhalten werden, und dem Konzentrationswert von H₂O₂-Dampf, kann dann erstellt werden.
Dem Ventil 90 wird erlaubt, die meiste Zeit offen zu bleiben, aber es ist im allgemeinen geschlossen, wenn eine niedrige Fließgeschwindigkeit von Luft erforderlich ist. Wenn die Fließgeschwindigkeit von Luft niedrig ist, ist das Ventil 90 geschlossen und die Luft wird nur durch die Ventile 94, 96 und 98 fließen. Es sollte bemerkt werden, daß die Ventile 12, 16, 30, 34 und 60 wie erfordert betrieben werden, um die Bedingungen der Fließgeschwindigkeit und Feuchtigkeit festzusetzen, und die Menge an H₂O₂ zu variieren, die in das System 10 eingelassen wird.
Zusätzliche Temperatursensoren 114a, 114b und 114c können verwendet werden, um die Temperatur in der Testkammer 108 und in der Titrationsstation 100 zu überwachen. Ein Drucksensor 116 kann verwendet werden, um den Druck in der Testkammer 108 zu überwachen. Ein Drager Kit 118 kann verwendet werden, um die Konzentration von restlichem H₂O₂-Dampf, der aus dem System 10 austritt, zu detektieren.
Die Komponenten des Systems, einschließlich, aber beschränkt auf Luftkonditionierungskomponenten (z.B., Durckregulatoren, Durchflußmesser, Entfeuchtungsmittel, Befeuchtungsmittel, Wärmeaustauscher) Temperatursensoren, Feuchtigkeitssensoren, Zerstäuber, Dosierpumpen, Testzellen, Wasserbad, Testkammer, Titrationsstation, und Ventile, sind alle kommerziell erhältlich. Die optimale Auswahl dieser Komponenten kann durch jemanden mit durchschnittlichem Können im Fachgebiet bewerkstelligt werden. Obwohl die Größen des Systems 10 und der Komponenten davon nicht entscheidend sind, werden die Abmessungen einiger Komponenten gegeben, um eine Idee der Menge an erforderlichem Platz für ein Kalibrierungssystem bereitzustellen. Die Größe des Systems 10 ist ungefähr 3 Meter × 4 Meter × 3 Meter. Die Größe der Testzelle 66 ist ungefähr 30,48 cm × 15,24 cm × 15,24 cm. Die Größe der tragbaren Einheit 112 ist ungefähr 2,54 cm × 5,08 cm × 5,08 cm. Die Größe des Drager Kits 118 ist ungefähr 7,62 cm × 7,62 cm × 10,16 cm. Die Größe der Testkammer 108 ist ungefähr 20,32 cm hoch × ungefähr 10,16 cm im Durchmesser. Das Volumen eines Impingers 102 ist ungefähr 125 ml.
Die Betriebsbedingungen des Systems können variieren, aber sie fallen im allgemeinen in die folgenden Bereiche:

(a) Die Temperatur der Luft liegt im Bereich von ungefähr –10°C bis ungefähr 85°C;
(b) Die realtive Feuchte der Luft liegt im Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 100%;
(c) Die Fließgeschwindigkeit der Luft liegt im Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 200 Kubikmetern pro Stunde;
(d) Die Konzentration des Sterilisationsmittels liegt im Bereich von 100 bis 25000 ppm.

Kalibrierungsverfahren sollten in regelmäßigen Zeitintervallen durchgeführt werden, um verlässliche und genaue Testergebnisse zu erhalten. Das Kalibrierungssystem 10 kann die Verlässlichkeit und Genauigkeit der Vorhersage der Konzentration von H₂O₂, die durch einen H₂O₂-Sensor bestimmt wird, durch Simulierung von Prozessbedingungen sicherstellen.
Eine Serie von Kalibrierungsdurchläufen kann für verschiedene Temperaturbereiche, verschiedene H₂O₂-Konzentrationsspiegel, ausgewählte Fließgeschwindigkeiten, eine eingestellte realtive Feuchtigkeit, unterschiedliche flüssige H₂O₂-Konzentrationen durchgeführt werden.
Das Verfahren dieser Erfindung kann verwendet werden, um einen Sensor für ein Sterilisationssystem zu kalibrieren, um die Fähigkeit zu verbessern, die Konzentration von Sterilisationsmittel bei einem gegebenen Punkt in dem System zu jeder Zeit bei verschiedenen Verarbeitungsstadien zu bestimmen. Durch dieses Verfahren kann eine genaue Information über den Prozess in jedem Stadium bereitgestellt werden.
Das Verfahren dieser Erfindung kann auch verwendet werden, um Instrumente zur Überwachung der Konzentration von H₂O₂-Dampf in jeder Umgebung, wo H₂O₂-Dampf verwendet wird, zu kalibrieren. Solche Umgebungen schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Reinraumoperationen, pharmazeutische Isolatorsterilisation, aseptische Verarbeitungssysteme, und mikrobiologische Untersuchung der Sterberate für verschiedene Bakterien unter der Einwirkung von Wasserstoffperoxid.
Diese Erfindung stellt ein Verfahren bereit zur Kalibrierung von Instrumenten zur Bestimmung der Konzentration eines Sterilisationsmittels, z. B. H₂O₂-Dampf, für einen breiten Bereich an Verarbeitungs- und Betriebsbedingungen. Diese Betriebsbedingungen schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Lufttemperatur, Fließgeschwindigkeit von Luft, Verdampfungstemperatur,
Wasserstoffperoxidinjektionsgeschwindigkeit, Grad der Sättigung von Luft durch Wasserstoffperoxid-Dampf bei verschiedenen Temperaturen, Feuchtigkeitsvariationen, Druckschwankungen, etc.
Es soll verstanden werden, daß das Verfahren dieser Erfindung nicht auf das Sterilisationsmittel Wasserstoffperoxid eingeschränkt ist. Das Verfahren dieser Erfindung kann verwendet werden, um Instrumente zur Bestimmung der Konzentration von anderen Gasen, die für die Sterilisation verwendet werden, zu kalibrieren.
Das folgende nicht einschränkende Beispiel veranschaulicht weiter das Verfahren dieser Erfindung.
BEISPIEL 1
Das folgende Beispiel veranschaulicht die Kalibrierung eines Sensors durch das Verfahren dieser Erfindung.
Das System 10, das in 1 gezeigt ist, wurde verwendet, um das Verfahren dieses Beispiels durchzuführen. Wenn das System aktiviert wird, werden die Ventile 12, 16, 30, 34 und 60 betrieben, um die gewünschten Mengen von Luft und H₂O₂ und die gewünschte Qualität von Luft zu der Testzelle 66 zuzuführen. Weil die Testzelle 66 verwendet wird, um einen Sensor 66 zu kalibrieren, werden die Ventile 94, 96, und 98 betrieben, so daß die Luft die Testkammer 108 umgeht. Das Ventil 90 wird während der Kalibrierungsdurchläufe dieses Beispiels offengelassen. Typische Luftqualitätsbedingungen sind 65% relative Feuchte, 70° C. Typische Fließgeschwindigkeit von Luft liegen im Bereich von ungefähr 30 Kubikmeter/Stunde bis ungefähr 110 Kubikmeter/Stunde.
Referenzkalibrierungsdaten
Fünfzehn (15) Sensoren (TGS 816, Figaro USA, Inc., Glenview, I1 60025) wurden verwendet, um eine lineare Referenz-Kalibrierungskurve herzustellen. Diese Kurve wird beschrieben durch die Gleichung y₁ = a₁ + b₁x, worin x Konzentrationen von H₂O₂ darstellt, y₁ stellt das Mittel der Spannungsablesungen dar, die bei einem bestimmten Wert der Konzentration von H₂O₂ für die 15 Sensoren abgenommen wurden, a₁ stellt das Mittel (Durchschnitt) der Achsenabschnitte der graphischen Darstellungen von Spannung versus Konzentration von H₂O₂ für die 15 Sensoren dar, und b₁ stellt das Mittel (Durchschnitt) der Neigungen der graphischen Darstellungen von Spannung versus Konzentration von H₂O₂ für die 15 Sensoren dar. Siehe 3. Der Wert der Neigung und der Wert des Achsenabschnitts von jedem der 15 Sensoren wurden bestimmt durch Daten, die bei mindestens drei Punkten (Konzentrationen) auf der Abszisse gesammelt wurden. Jeder Punkt wurde durch mindestens zwei Wiederholungen bei jeder Konzentration bestimmt. Tabelle 1 ist eine Zusammenstellung der Neigungen und Achsenabschnitte für jeden der 15 Sensoren, die verwendet wurden, um die Referenz-Kalibrierungsdaten herzustellen.
Tabelle 1
Die Daten in Tabelle 1 ergaben einen mittleren Neigungswert (d.h. Mittel von b₁) von 0,379 und einen mittleren Achsenabschnittswert (d.h. Mittel von a₁) von –1,090. Die folgende Tabelle, Tabelle 2, zeigt das Verhältnis zwischen Spannung und Konzentration von H₂O₂ für Referenz- Kalibrierungsdaten unter Verwendung des Neigungswerts von 0,379 und des Werts von –1,090, welche von den Daten in Tabelle 1 abgeleitet wurden.
Tabelle 2
Sensor-Kalibrierungsdaten
Ein (1) Sensor (TGS 816, Figaro USA, Inc., Glenview, IL 60025) wurde verwendet, um eine lineare Sensor-Kalibrierungskurve herzustellen. Diese Kurve wird beschrieben durch die Gleichung y₂ = a₂ + b₂x, worin x Konzentrationen von H₂O₂ darstellt, y₂ stellt die Spannungsablesung, die bei einem speziellen Wert der Konzentration von H₂O₂ genommen wurde, für einen einzelnen Sensor dar, a₂ stellt den Achsenabschnitt der graphischen Darstellung von Spannung versus Konzentration von H₂O₂ für den einzelnen Sensor dar, und b₂ stellt die Neigung der graphischen Darstellung der Spannung versus der Konzentration von H₂O₂ für den einzelnen Sensor dar. Siehe 3. Die Werte der Neigung und des Achsenabschnitts des einzelnen Sensors wurden durch Daten, die bei mindestens drei Punkten auf der Abszisse gesammelt wurden, bestimmt. Jeder Punkt wurde durch mindestens zwei Wiederholungen bei jeder Konzentration bestimmt. Die verwendeten Konzentrationen sind in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3
Die Daten in Tabelle 3 ergaben einen Neigungswert von 0,351 und einen Achsenabschnittswert von –,098.
Normalisierung
Die folgenden mathematischen Verhältnisse wurden verwendet, um Ablesungen von einem einzelnen Sensor in standardisierte Werte umzuwandeln, basierend auf den Referenz-Kalibrierungsdaten. In den folgenden Gleichungen bedeutet "Spannung_r" die Spannung eines Punktes auf der Referenz-Kalibrierungskurve, "Spannung_s" bedeutet die Spannung eines Punktes auf der Sensor-Kalibrierungskurve, "Konzentration_r" bedeutet die Konzentration eines Punkts auf der Referenz-Kalibrierungskurve, und "Konzentration_s" bedeutet die Konzentration eines Punkts auf der Sensor-Kalibrierungskurve.
Referenzkalibrierungskuve:

Log (Spannungr) = –1,090 + 0,379 Log (Konzentrationr)

Sensor-Kalibrierungskurve:

Log (Spannungs) = –0,981 + 0,352 Log (Konzentrations) Log (Konzentrations) = [Log (Spannungs) + 0,981]/0,352

Substitution des Äquivalents von Log (Spannung_s) in die Gleichung für Log (Spannung_r) ergibt: Log (Spannungr) = –1,090 + 0,379 × [Log (Spannungs] + 0,981]/0,352
Somit kann man die Spannungsdaten, die von einem einzelnen Sensor erhalten werden, in einen Wert der Konzentration auf der Referenzkurve umwandeln. Um verschiedene Sensoren zu vergleichen, zeigt Tabelle 4 Werte, die in einer typischen Umwandlung von dem Wert der Ausgabe-Spannung eines Sensors in einen Wert der Spannung auf der Referenz-Kalibrierungskurve auftreten, welche Werte einer bestimmten Konzentration von H₂O₂-Dampf entsprechen. Tabelle 4

¹ Die Werte der Spannung auf der Referenz-Kalibrierungskurve entsprechen den Konzentrationen, die erhalten werden durch Verwenden einer Gleichung, die von der statistischen Analyse abgeleitet ist. Die Gleichung war eine lineare Gleichung, in welcher die Neigung und ein Achsenabschnitt einer Linie bestimmt werden konnte.
² Die Werte der Spannung wurden durch ein Experiment erhalten, in welchem der Wert der Spannung der Konzentration von H₂O₂ entsprach.

Die siebte Spalte von Tabelle 4 zeigt, daß, für eine gegebene Konzentration von H₂O₂, der Wert von Log (Spannung), der durch das Verfahren dieser Erfindung erhalten wurde, gleich ist zu dem Wert von Log (Spannung) der Referenz-Kalibrierungskurve, wie in der vierten Spalte von Tabelle 4 gezeigt. Somit, wenn ein einzelner Sensor eine Spannungsablesung von 0,347 Volt ergibt, wird die Ablesung auf 0,342 Volt eingestellt werden, was in eine Konzentration von H₂O₂ von 6000 ppm übersetzt wird. Das Verfahren dieser Erfindung erlaubt die Verwendung einer Vielzahl von Sensoren, um die Konzentrationsspiegel von Sterilisationsmittel durch festgesetzte Referenz-Kalibrierungsdaten zu messen, wodurch die Zahl der Datenumwandlungen, die auftreten, wenn vielzählige Sensoren verwendet werden, reduziert wird. Dieses Merkmal ist äußerst nützlich, wenn verschiedene Sensoren zur selben Zeit unter tatsächlichen Sterilisationsbedingungen verwendet werden.
Verschiedene Modifikationen und Abänderungen dieser Erfindung werden denjenigen, die im Fachgebiet bewandert sind, ersichtlich werden, ohne vom Schutzumfang dieser Erfindung abzuweichen, und es sollte verstanden werden, daß diese Erfindung nicht übermäßig auf die veranschaulichenden Ausführungsformen, die hierin bekannt gemacht sind, eingeschränkt werden soll.

Claims

Ein Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors, der verwendet wird für die Messung der Menge eines Desinfektionsmittels in einem System zur Zuführung des Desinfektionsmittels, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Erzeugen von Referenz-Kalibrierungsdaten für eine Vielzahl von Sensoren, wobei die Referenz-Kalibrierungsdaten eine mathematische Beziehung zwischen einem messbaren Parameter und einer Menge des Desinfektionsmittels zeigen, wobei die Referenz-Kalibrierungsdaten erzeugt werden durch: – Bereitstellen der Vielzahl von Sensoren; – Aussetzen von jedem der Vielzahl von Sensoren gegenüber mindestens zwei Quantitäten an Luft, wobei jede der mindestens zwei Quantitäten an Luft (1) eine bekannte Qualität und (2) eine bekannte Konzentration an Desinfektionsmittel-Dampf haben, wobei der Desinfektionsmittel-Dampf einen bekannten physikalischen Zustand hat; – Messen der Signale, die durch jeden der Vielzahl von Sensoren gesendet werden, wobei jedes der Signale proportional zu einer Konzentration von Desinfektionsmittel-Dampf ist; – Erstellen einer mathematischen Beziehung zwischen den Signalen, die durch jeden der Vielzahl von Sensoren gesendet werden und den Konzentrationen von Desinfektionsmittel-Dampf für jeden der Vielzahl von Sensoren; und – Erstellen der Referenz-Kalibrierungsdaten mittels einer statistischen Analyse der Signale, die durch jeden der Vielzahl von Sensoren gesendet werden, und den Konzentrationen von Desinfektionsmittel-Dampf für jeden der Vielzahl von Sensoren; b) Erzeugen von Sensor-Kalibrierungsdaten, wobei die Sensor-Kalibrierungsdaten eine mathematische Beziehung zwischen dem messbaren Parameter und der Menge des Desinfektionsmittels für einen einzelnen Sensor zeigen, wobei die Sensor-Kalibrierungsdaten erzeugt werden durch: – Bereitstellen eines einzelnen Sensors; – Unterwerfen des einzelnen Sensors gegenüber mindestens zwei Quantitäten an Luft, wobei die mindestens zwei Quantitäten an Luft (1) eine bekannte Qualität und (2) eine bekannte Konzentration an Desinfektionsmittel-Dampf haben, wobei der Desinfektionsmittel-Dampf einen bekannten physikalischen Zustand hat; – Messen von Signalen, die durch den einzelnen Sensor gesendet werden, wobei jedes der Signale einer Konzentration von Desinfektionsmittel-Dampf entspricht; und – Erstellen einer mathematischen Beziehung zwischen den gesendeten Signalen und den Konzentrationen an Desinfektionsmittel-Dampf für den einzelnen Sensor; und c) Normalisieren der Sensor-Kalibrierungsdaten, um den Unterschied zwischen dem messbaren Parameter für die Referenz-Kalibrierungsdaten und dem messbaren Parameter für die Sensor-Kalibrierungsdaten zu kompensieren, wodurch die Daten, die durch den einzelnen Sensor erhalten werden, verwendet werden können, um die Menge an Desinfektionsmittel in dem System genau zu bestimmen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Sensor-Kalibrierungsdaten normalisiert werden, um den Unterschied zwischen dem messbaren Parameter für die Referenz-Kalibrierungsdaten und dem messbaren Parameter für die Sensor-Kalibrierungsdaten für den Sensor zu kompensieren, durch ein Verfahren, das folgende Schritte umfasst: a) Auswählen einer Konzentration von Desinfektionsmittel-Dampf; b) Bestimmen des Wertes des messbaren Parameters, bei welchem die Konzentration des Desinfektionsmittel-Dampfes, die von den Sensor-Kalibrierungsdaten erhalten wurde, gleich ist mit der Konzentration des Desinfektionsmittel-Dampfes, die von den Referenz-Kalibrierungsdaten erhalten wurde; c) Anpassen der Werte, die durch den einzelnen Sensor gemessen wurden, um eine ausreichende Menge, um die Abweichung zwischen den Referenz-Kalibrierungsdaten und den Sensor-Kalibrierungsdaten zu kompensieren.
Das Verfahren von Anspruch 1 oder 2, worin: a) die mathematische Beziehung der Referenz-Kalibrierungsdaten zwischen dem messbaren Parameter und der Menge des Desinfektionsmittels durch Erstellen einer Referenz-Kalibrierungskurve ausgeführt wird, wobei die Referenz-Kalibrierungskurve eine Neigung und einen Achsenbschnitt hat; b) die mathematische Beziehung der Sensor-Kalibrierungsdaten zwischen dem messbaren Parameter und der Menge des Desinfektionsmittels für einen einzelnen Sensor durch Erstellen einer Sensor-Kalibrierungskurve ausgeführt wird, wobei die Sensor-Kalibrierungskurve eine Neigung und einen Achsenabschnitt hat; c) der Normalisierungsschritt durch Normalisieren der Sensor-Kalibrierungskurve ausgeführt wird, um (1) den Unterschied zwischen der Neigung der Referenz-Kalibrierungskurve und der Neigung der Sensor-Kalibrierungskurve und (2) den Unterschied zwischen dem Achsenabschnitt der Referenz-Kalibrierungskurve und dem Achsenabschnitt der Sensor-Kalibrierungskurve zu kompensieren.
Das Verfahren von Anspruch 3, worin die mathematische Beziehung zwischen den Signalen, die von jedem der Vielzahl von Sensoren gesendet werden, und den Konzentrationen von Desinfektionsmittel-Dampf für jeden der Vielzahl von Sensoren ein lineares mathematisches Verhältnis ist.
Das Verfahren von Anspruch 3, worin die Signale, die durch den einzelnen Sensor gesendet werden, proportional sind zu der Konzentration von Desinfektionsmittel-Dampf, und worin die mathematische Beziehung, die zwischen den Signalen, die durch den einzelnen Sensor gesendet werden, und den Konzentrationen von Desinfektionsmittel-Dampf für den einzelnen Sensor, erstellt wurde, eine lineare mathematische Beziehung ist.
Das Verfahren von irgendeinem der Ansprüche 1, 4 und 5, worin die Temperatur der Luft im Bereich von –10 [deg.] C. bis 85 [deg.] C. liegt.
Das Verfahren von irgendeinem der Ansprüche 1, 4 und 5, worin die relative Feuchtigkeit der Luft im Bereich von 10 bis 100 % liegt.
Das Verfahren von irgendeinem der Ansprüche 1, 4 und 5, worin die Fließgeschwindigkeit der Luft im Bereich von 1 bis 200 Kubikmeter pro Stunde liegt.
Das Verfahren von irgendeinem der Ansprüche 1, 4 und 5, worin die Konzentration von Desinfektionsmittel im Bereich von 100 bis 25000 ppm liegt.
Das Verfahren von irgendeinem der Ansprüche 1, 4 und 5, worin das Desinfektionsmittel Wasserstoffperoxid ist.
Das Verfahren von Anspruch 3, worin die Sensor-Kalibrierungskurve normalisiert wird, um (1) den Unterschied zwischen der Neigung der Referenz-Kalibrierungskurve und der Neigung der Sensor-Kalibrierungskurve und (2) den Unterschied zwischen dem Achsenabschnitt der Referenz-Kalibrierungskurve und dem Achsenabschnitt der Sensor-Kalibrierungskurve durch ein Verfahren zu kompensieren, das folgende Schritte umfasst: a) Bestimmen des Achsenabschnitts der Referenz-Kalibrierungskruve; b) Bestimmen des Achsenabschnitts der Sensor-Kalibrierungskurve; Referenz-Kalibrierungsdaten erhalten wurde; c) Anpassen der Werte, die durch den einzelnen Sensor gemessen wurden, um eine ausreichende Menge, um die Abweichung zwischen den Referenz-Kalibrierungsdaten und den Sensor-Kalibrierungsdaten zu kompensieren.
Das Verfahren von Anspruch 1 oder 2, worin: a) die mathematische Beziehung der Referenz-Kalibrierungsdaten zwischen dem messbaren Parameter und der Menge des Desinfektionsmittels durch Erstellen einer Referenz-Kalibrierungskurve ausgeführt wird, wobei die Referenz-Kalibrierungskurve eine Neigung und einen Achsenbschnitt hat; b) die mathematische Beziehung der Sensor-Kalibrierungsdaten zwischen dem messbaren Parameter und der Menge des Desinfektionsmittels für einen einzelnen Sensor durch Erstellen einer Sensor-Kalibrierungskurve ausgeführt wird, wobei die Sensor-Kalibrierungskurve eine Neigung und einen Achsenabschnitt hat; c) der Normalisierungsschritt durch Normalisieren der Sensor-Kalibrierungskurve ausgeführt wird, um (1) den Unterschied zwischen der Neigung der Referenz-Kalibrierungskurve und der Neigung der Sensor-Kalibrierungskurve und (2) den Unterschied zwischen dem Achsenabschnitt der Referenz-Kalibrierungskurve und dem Achsenabschnitt der Sensor-Kalibrierungskurve zu kompensieren.
Das Verfahren von Anspruch 3, worin die mathematische Beziehung zwischen den Signalen, die von jedem der Vielzahl von Sensoren gesendet werden, und den Konzentrationen von Desinfektionsmittel-Dampf für jeden der Vielzahl von Sensoren ein lineares mathematisches Verhältnis ist.
Das Verfahren von Anspruch 3, worin die Signale, die durch den einzelnen Sensor gesendet werden, proportional sind zu der Konzentration von Desinfektionsmittel-Dampf, und worin die mathematische Beziehung, die zwischen den Signalen, die durch den einzelnen Sensor gesendet werden, und den Konzentrationen von Desinfektionsmittel-Dampf für den einzelnen Sensor, erstellt wurde, eine lineare mathematische Beziehung ist.
Das Verfahren von irgendeinem der Ansprüche 1, 4 und 5, worin die Temperatur der Luft im Bereich von –10 [deg.] C. bis 85 [deg.] C. liegt.
Das Verfahren von irgendeinem der Ansprüche 1, 4 und 5, worin die relative Feuchtigkeit der Luft im Bereich von 10 bis 100 % liegt.
Das Verfahren von irgendeinem der Ansprüche 1, 4 und 5, worin die Fließgeschwindigkeit der Luft im Bereich von 1 bis 200 Kubikmeter pro Stunde liegt.
Das Verfahren von irgendeinem der Ansprüche 1, 4 und 5, worin die Konzentration von Desinfektionsmittel im Bereich von 100 bis 25000 ppm liegt.
Das Verfahren von irgendeinem der Ansprüche 1, 4 und 5, worin das Desinfektionsmittel Wasserstoffperoxid ist.
Das Verfahren von Anspruch 3, worin die Sensor-Kalibrierungskurve normalisiert wird, um (1) den Unterschied zwischen der Neigung der Referenz-Kalibrierungskurve und der Neigung der Sensor-Kalibrierungskurve und (2) den Unterschied zwischen dem Achsenabschnitt der Referenz-Kalibrierungskurve und dem Achsenabschnitt der Sensor-Kalibrierungskurve durch ein Verfahren zu kompensieren, das folgende Schritte umfasst: a) Bestimmen des Achsenabschnitts der Referenz-Kalibrierungskruve; b) Bestimmen des Achsenabschnitts der Sensor-Kalibrierungskurve; c) Bestimmen der Neigung der Referenz-Kalibrierungskurve; d) Bestimmen der Neigung der Sensor-Kalibrierungskurve; e) Anpassen der Sensor-Kalibrierungskurve, wenn nötig, um den Unterschied zwischen dem Abschnitt der Referenz-Kalibrierungskurve und dem Abschnitt der Sensor-Kalibrierungskurve zu kompensieren; f) Anpassen der Sensor-Kalibrierungskurve, wenn nötig, um den Unterschied zwischen der Neigung der Referenz-Kalibrierungskurve und der Neigung der Sensor-Kalibrierungskurve zu kompensieren.
Das Verfahren von irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Sensor, der kalibriert werden soll, innerhalb einer tragbaren Einheit zur Messung der Konzentration eines Desinfektionsmittels eingeschlossen ist, und worin das Verfahren weiter folgende Schritte umfasst: a) Hindurchführen eines Desinfektionsmittel-Dampfes durch ein Gefäß, wobei das Gefäß in ein Wasserbad eingetaucht ist, wobei die tragbare Einheit innerhalb des Gefäßes installiert ist, wobei die tragbare Einheit auf die Konzentration von Desinfektionsmittel, die Temperatur und die relative Feuchtigkeit für einen Testdurchlauf reagiert; und b) Bestimmen der Konzentration des Desinfektionsmittels durch ein Titrationsverfahren.
Das Verfahren von Anspruch 12, worin das Desinfektionsmittel Wasserstoffperoxid ist.
Das Verfahren von irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Desinfektionsmittel in einem Strom von fließender Luft zugeführt wird, und worin das Verfahren weiterhin den Schritt Verifizieren, dass der Sensor für die Messung der Menge an Desinfektionsmittel in einem System zur Zuführung des Desinfektionsmittels richtig kalibriert wurde, umfasst, durch: a) Durchführen von mindestens zwei statischen Testdurchläufen für den Sensor, um Lesewerte der Konzentration von Desinfektionsmittel-Dampf zu erhalten; b) Durchführen von mindestens zwei dynamischen Testdurchläufen für den Sensor, um Lesewerte der Konzentration von Desinfektionsmittel-Dampf zu erhalten; c) Vergleichen der Ergebnisse der mindestens zwei statischen Testdurchläufe; d) Vergleichen der Ergebnisse der mindestens zwei dynamischen Testdurchläufe; e) Folgern, dass (1) sich die Fließgeschwindigkeit der Luft geändert hat, oder (2) sich die Geschwindigkeit der Zugabe von Desinfektionsmittel zu dem System geändert hat, oder (3) der Sensor unzuverlässig ist, wenn (i) die Lesewerte der Konzentration von Desinfektionsmittel-Dampf, die in den statischen Testdurchläufen bestimmt wurden, im wesentlichen konstant bleiben, aber die Lesewerte der Konzentration von Desinfektionsmittel-Dampf, die in den dynamischen Testdurchläufen bestimmt wurden, im wesentlichen variieren oder, (ii) wenn die Lesewerte der Konzentration von Desinfektionsmittel-Dampf, die in den statischen Testdurchläufen bestimmt wurden, im wesentlichen variieren, aber die Lesewerte der Konzentration von Desinfektionsmittel-Dampf, die in den dynamischen Testdurchläufen bestimmt wurden, im wesentlichen konstant bleiben.