JPH08271464A - 過酸化水素蒸気の濃度検出方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 密閉容器内における過酸化水素蒸気の濃度を
正確に検出できるようにする。 【構成】 滅菌処理システムの濃度検出装置７は、真空
雰囲気に保持された密閉容器２内に供給された過酸化水
素蒸気４ａの濃度を検出する半導体ガスセンサー８と、
密閉容器２内の圧力を検出する圧力検出器９と、センサ
ー出力によって与えられる検出濃度を、密閉容器２内の
圧力をパラメータとして、予め求めた当該圧力条件下に
おけるセンサー出力と過酸化水素蒸気の濃度との相関関
係データに基づき、演算補正する演算器１０と、その補
正値に基づいて過酸化水素蒸気の濃度を表示する濃度表
示器１１と、を具備してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】一般に、医薬品・医療機材の製造
分野や食品加工分野においては、医薬品原末や医薬品・
食品の包装材等を過酸化水素により滅菌処理することが
行われている。すなわち、包装材等の被滅菌処理物を密
閉容器に収容すると共に該容器内を真空ポンプにより適
当な真空状態とした上、密閉容器内に過酸化水素蒸気を
供給させて、被滅菌処理物を過酸化水素蒸気との接触に
より滅菌処理するようにしている。本発明は、このよう
な滅菌処理を行う場合等において、真空雰囲気に保持さ
れた密閉容器内に供給された過酸化水素蒸気の濃度を半
導体ガスセンサーにより検出する過酸化水素蒸気の濃度
検出方法及びこれを実施するための濃度検出装置に関す
るものである。

【０００２】

【発明の背景】例えば、食品包装材等の滅菌処理システ
ムにあっては、被滅菌処理物を収容した密閉容器内を真
空ポンプにより適度の真空状態（７６０Ｔｏｒｒ以下）
に保持した上、この密閉容器内に過酸化水素蒸気を供給
させて、被滅菌処理物を過酸化水素蒸気との接触により
滅菌処理する。

【０００３】ところで、密閉容器内に供給された過酸化
水素蒸気の濃度は、過酸化水素が被滅菌処理物や容器内
壁面との接触により容易に分解，消費されることから、
時間の経過と共に低下することになる。一方、過酸化水
素蒸気による滅菌処理は、過酸化水素の分解により発生
する発生期酸素の作用により行われるものであり、過酸
化水素蒸気の濃度が一定値未満（一般には、０．１ｍｇ
・Ｈ₂ Ｏ₂ ／ｌ未満）に低下すると、有効な滅菌処理機
能が発揮されなくなる。かといって、過酸化水素蒸気を
密閉容器内に過量供給して、蒸気濃度を必要以上に高く
しておくことは、滅菌処理上無駄であり、過剰な過酸化
水素蒸気を大気放出する際の無害化処理装置が大型化す
る等の経済的負担も大きい。

【０００４】したがって、滅菌処理を効率良く行うため
には、密閉容器内における過酸化水素蒸気濃度を、有効
な滅菌処理機能が発揮されるに適切な濃度範囲に維持管
理することが必要であり、このような濃度管理を行うた
めには、密閉容器内における過酸化水素蒸気の濃度を正
確に検出する必要がある。

【０００５】しかし、従来においては、かかる過酸化水
素蒸気の濃度を直接的に検出する方法が全く提案されて
おらず、滅菌処理を効率良く行い得ないでいたのが実情
である。

【０００６】そこで、本発明者は、先に、一般にＨ₂ ，
ＣＯ等の濃度を検出する場合に広く使用されている半導
体ガスセンサーが、過酸化水素蒸気の濃度を検出する場
合にも使用できることに着目して、真空雰囲気に保持さ
れた密閉容器内に供給された過酸化水素蒸気の濃度を半
導体ガスセンサーにより検出する方法を開発した。半導
体ガスセンサーは、例えば、金属酸化物焼結体からなる
センサー素子とこれに埋設された電極とセンサー素子を
加熱する手段（傍熱型又は直熱型）と具備してなるもの
であり、センサー素子を構成するｎ型半導体酸化物（例
えば、ＳｎＯ₂，ＺｎＯ，Ｖ₂ Ｏ₅ ，γ−Ｆｅ₂ Ｏ₃ ，
ＴｉＯ₂ ，ＣｄＯ）やｐ型半導体酸化物（例えば、Ｎｉ
Ｏ，Ｃｒ₂ Ｏ₃ ，Ｃｕ₂ Ｏ，ＭｎＯ₂ ，ＭｎＯ）等の酸
化物粒子表面にガス成分が吸着されることにより、表面
近傍の自由電子が移動して電気抵抗を変化させることを
利用したものであって、センサー出力によりガス濃度を
把握できるようになっている。

【０００７】このような検出方法（以下「従来方法」と
いう。）によれば、密閉容器内の過酸化水素蒸気濃度を
直接的に検出することができるから、上記した濃度管理
を的確に行うことができ、滅菌処理を効率良く行うこと
ができる。

【０００８】しかし、かかる従来方法にあっては、セン
サー出力によって与えられる検出濃度が、密閉容器内に
おける過酸化水素蒸気の実際の濃度（以下「真正濃度」
という）と異なる場合が生じ、半導体ガスセンサーによ
っては真正濃度を正確に検出できないといった問題があ
った。

【０００９】このため、本発明者は、かかる問題の原因
を究明すべく、幾多の実験，研究を行った。その結果、
真正濃度が同一であっても、密閉容器内の圧力が異なる
と、センサー出力が当該圧力によって変動することが判
明した。すなわち、真空雰囲気下にある密閉容器内に過
酸化水素蒸気を供給，封入した時点の圧力によって、或
いは濃度低下に伴い過酸化水素蒸気を新たに密閉容器に
補給することによる圧力変化によって、センサー出力に
よって与えられる検出濃度が真正濃度と異なることが判
明した。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる点に
着目して、密閉容器内の圧力に拘わらず、常に真正濃度
を直接的に正確に検出することができる過酸化水素蒸気
の濃度検出方法とこれを好適に実施することができる濃
度検出装置を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の過酸化水素蒸気
の濃度検出方法は、真空雰囲気に保持された密閉容器内
に供給された過酸化水素蒸気の濃度を半導体ガスセンサ
ーにより検出する方法において、上記の目的を達成すべ
く、特に、センサー出力によって与えられる検出濃度
を、密閉容器内の圧力をパラメータとして、予め求めた
当該圧力条件下におけるセンサー出力と過酸化水素蒸気
の濃度つまり真正濃度との相関関係データ（以下「補正
データ」という。）に基づき、演算補正するようにする
ことを提案するものである。

【００１２】また、この方法を実施するための本発明の
過酸化水素蒸気の濃度検出装置は、真空雰囲気に保持さ
れた密閉容器内に供給された過酸化水素蒸気の濃度を検
出する半導体ガスセンサーと、密閉容器内の圧力を検出
する圧力検出器と、センサー出力によって与えられる検
出濃度を、密閉容器内の圧力をパラメータとして、予め
求めた当該圧力条件下における補正データに基き、演算
補正する演算器と、その補正値に基づいて過酸化水素蒸
気の濃度を表示する濃度表示器と、を具備するものであ
る。

【００１３】

【作用】上記の補正データは、例えば、次のようにして
得る。すなわち、当該検出方法に使用する半導体ガスセ
ンサーと同一のセンサーを適当な密閉状の実験容器にセ
ットして、実験容器内を真空ポンプにより適当な真空状
態（以下、この真空状態における実験容器内の圧力を
「気化前圧力」という。）に保持した上、この実験容器
内に一定濃度の過酸化水素水溶液をマイクロシリンジ等
により注入し、更にこれをヒータ等により加熱して完全
に気化させて、実験容器内の圧力（過酸化水素水溶液が
完全に気化した後における実験容器内の圧力であり、以
下「気化後圧力」という。）が所定圧力となるようにす
ると共に、センサー出力を測定する。このときの実験容
器内における過酸化水素蒸気の濃度は、実験容器の容積
と過酸化水素水溶液の濃度及び注入量とから正確に把握
することができる。また、気化前圧力を調整することに
よって、過酸化水素水溶液の濃度及び注入量が異なって
も、気化後圧力が同一となるようにすることができる。
そして、一定範囲内（密閉容器において実際に測定され
るであろう容器内圧力の範囲内）において気化後圧力を
変化させて、各気化後圧力毎に、過酸化水素水溶液の濃
度及び注入量を同一条件で変えながら、上記実験を繰り
返すことによって、各気化後圧力におけるセンサー出力
と過酸化水素上記の濃度との相関関係データを求めるの
である。このように圧力をパラメータとして得られた各
圧力毎の補正データは、当該圧力条件下におけるセンサ
ー出力と真正濃度との相関関係を真正に示すものであ
る。なお、以下の説明においては、かくして得られた補
正データにおけるセンサー出力及び濃度を夫々「データ
出力」及び「データ濃度」という。

【００１４】而して、本発明の濃度検出方法にあって
は、このようにして求めた補正データに基づき、半導体
ガスセンサーによって与えられる検出濃度を、圧力をパ
ラメータとして次のように補正する。

【００１５】すなわち、密閉容器内の圧力を検出して、
その検出圧力に相当する気化後圧力条件下において求め
た補正データを選択する。そして、半導体ガスセンサー
の出力によって与えられる検出濃度を、当該センサー出
力との相関関係が選択された補正データにおけるデータ
出力とデータ濃度との相関関係に一致するように演算補
正するのである。したがって、かかる如く補正された検
出濃度は、補正データを精密なものとすることにより、
真正濃度そのものを又は可及的にこれに近似する濃度を
表すことになる。かかる補正は、演算器により、これに
予め記憶させた補正データとの比較演算により行われ、
その補正値に基づいて濃度表示器による濃度表示が行わ
れる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の構成を図１及び図２に示す実
施例に基づいてより具体的に説明する。

【００１７】この実施例は、本発明を医薬品原末等の滅
菌処理システムに適用した例に係る。

【００１８】すなわち、この滅菌処理システムは、図１
に示す如く、医薬品原末等の被滅菌処理物１を収納しう
る密閉容器２と、密閉容器２内を真空減圧する真空ポン
プ３と、過酸化水素水溶液４の貯蔵タンク５と、貯蔵タ
ンク５から供給された過酸化水素水溶液４をヒータによ
り加熱気化させる気化器６と、濃度検出装置７とを具備
してなる。

【００１９】密閉容器２は被滅菌処理物１を充分に収容
しうる容積のものであり、被滅菌処理物１の収容後であ
って過酸化水素蒸気４ａの供給前において、密閉され且
つ真空ポンプ３により所定の真空雰囲気（７６０Ｔｏｒ
ｒ以下）に保持される。なお、この実施例では、密閉容
器２内の真空度を、容器内圧力が過酸化水素蒸気４ａの
供給後に６〜３０Ｔｏｒｒとなるように調整している。

【００２０】貯蔵タンク５は、過酸化水素水溶液（例え
ば、濃度５０．１４％，比重１．１９６の過酸化水素
水）を貯蔵しており、必要に応じて、所定量を気化器６
に供給する。

【００２１】気化器６は、貯蔵タンク５から供給された
過酸化水素水溶液４を気化させて、その蒸気４ａを供給
弁６ａの開閉により密閉容器２に所定量供給するように
なっている。

【００２２】濃度検出装置７は、密閉容器２内における
過酸化水素蒸気４ａの濃度を検出する半導体ガスセンサ
ー８と、密閉容器２内の圧力を検出する圧力検出器９
と、半導体ガスセンサー８及び圧力検出器９からの検出
信号が常時入力され、継続的に補正データとの比較演算
を行う演算器１０と、演算器１０からの入力信号により
濃度表示を行う濃度表示器１１とを具備する。

【００２３】半導体ガスセンサー８としては、冒頭で述
べた周知のものを任意に使用することができるが、この
実施例では、都市ガス（ＣＨ₄ ，Ｈ₂ ）等のガス漏れ検
知用センサーとして市販されているフィガロ技研株式会
社製＃８１２（センサー素子をＳｎＯ₂ 焼結体で構成し
たもの）を使用している。

【００２４】演算器１０は、半導体ガスセンサー８と同
一のセンサーを使用して得た補正データが記憶されてお
り、半導体ガスセンサー８の出力によって与えられる検
出濃度を、圧力検出器９による検出圧力をパラメータと
して、当該圧力に相当する気化後圧力条件下における補
正データと比較演算して、真正濃度に一致させるべく補
正する。

【００２５】濃度表示器は、演算器１０で演算された補
正値に基づいて、濃度を表示するものである。すなわ
ち、センサー出力により与えられる検出濃度をそのまま
表示するのではなく、演算器１０により補正された濃度
を真正濃度として表示するものである。

【００２６】ところで、演算器１０に記憶させる補正デ
ータは、上記半導体ガスセンサー８と同一のセンサーを
使用して、次のようにして求めたものである。補正デー
タを得るためのパラメータとしての気化後圧力の範囲
は、密閉容器２に過酸化水素蒸気４ａを供給させた場合
における容器内圧力の変動範囲（６〜３０Ｔｏｒｒ）に
一致させる。なお、以下においては、便宜上、補正デー
タの一部（気化後圧力を６Ｔｏｒｒ，１０Ｔｏｒｒ，２
０Ｔｏｒｒ，３０Ｔｏｒｒとした場合の補正データ）に
ついてのみ説明する。

【００２７】すなわち、密閉状の実験容器（容積２．３
７ｌの耐熱性ガラス容器）内の気化前圧力を真空ポンプ
により１〜２５Ｔｏｒｒの範囲で調整して、気化後圧力
が６Ｔｏｒｒ，１０Ｔｏｒｒ，２０Ｔｏｒｒ，３０Ｔｏ
ｒｒとなるようにしておく。そして、気化後圧力が６Ｔ
ｏｒｒとなる条件下において、実験容器にマイクロシリ
ンジにより過酸化水素水溶液（濃度５０．１４％，比重
１．９６）を注入し、これをヒータ等で瞬間的に加熱し
て完全に気化させた上、常温（２５〜３０℃）におい
て、実験容器にセットした上記半導体ガスセンサー８と
同一のセンサーによる出力を測定した。このとき、過酸
化水素水溶液の注入量を変化させて、各注入量について
センサー出力を測定し、その測定値たるデータ出力と実
験容器内における過酸化水素蒸気の濃度たるデータ濃度
との相関関係を求めた。その結果は、図２に実線で示す
通りである。なお、データ濃度は、実験容器の容積、過
酸化水素水溶液の濃度及びその注入量から得られる。例
えば、注入量を９．８μｌ，６．８μｌ，３．８μｌと
した場合におけるデータ濃度は、夫々、２．４８ｍｇ・
Ｈ₂ Ｏ₂ ／ｌ，１．７２ｍｇ・Ｈ₂ Ｏ₂ ／ｌ，０．９６
ｍｇ・Ｈ₂ Ｏ₂ ／ｌとなる。さらに、気化後圧力が１０
Ｔｏｒｒ，２０Ｔｏｒｒ，３０Ｔｏｒｒとなる条件下に
おいて、夫々、以上と全く同一の実験を行い、各気化後
圧力におけるデータ出力とデータ濃度との相関関係を求
めた。その結果は、図２に破線（１０Ｔｏｒｒの場
合），一点鎖線（２０Ｔｏｒｒの場合），二点鎖線（３
０Ｔｏｒｒの場合）で示す通りである。

【００２８】而して、上記した滅菌処理システムにあっ
ては、被滅菌処理物１を密閉容器２内に収容すると共
に、真空ポンプ３を作動させて密閉容器２内を適当な真
空雰囲気に保持させた上、供給弁６ａを開閉して、気化
器６から密閉容器２内に過酸化水素蒸気４ａを供給，充
満させることによって、被滅菌処理物１を過酸化水素蒸
気４ａにより滅菌処理させることができる。

【００２９】このとき、密閉容器２内における過酸化水
素蒸気４ａの濃度は、本発明によって、次のようにして
正確に検出される。

【００３０】密閉容器２内の過酸化水素蒸気は、その濃
度に応じて、半導体ガスセンサー８の酸化物半導体素子
に化学吸着される。その結果、素子内で自由電子の移動
が行われ、素子の電気伝導度が増大する。なお、かかる
反応速度は高く（数十秒）、センサー出力は濃度変化に
迅速に対応することになる。

【００３１】そして、このセンサー出力をそのまま検出
濃度に変換すると、冒頭で述べた如く、真正濃度との間
に誤差が生じるが、かかる誤差は、演算器１０により補
正，消失されて、濃度表示器１１には真正濃度が表示さ
れることになる。

【００３２】すなわち、演算器１０においては、センサ
ー出力と共に圧力検出器９により密閉容器２内の圧力が
入力され、当該圧力に相当する補正データが選択され
る。そして、センサー出力が、圧力をパラメータとして
選択された補正データとの比較演算により補正されて、
当該センサー出力に相当するデータ出力に対応するデー
タ濃度に相当する値を検出濃度として、濃度表示器１１
に表示させる。具体的には、例えば、センサー出力がＡ
であった場合、図２に示す如く、圧力検出器９による検
出圧力が６Ｔｏｒｒであるときは実線で示す補正データ
が選択され、この補正データとの比較演算により、セン
サー出力Ａに相当するデータ出力Ａ₁ に対応するデータ
濃度Ｂ₁ が抽出され、このデータ濃度Ｂ₁ に相当する値
が検出濃度として濃度表示器１１で表示される。また、
センサー出力は同一Ａであるが、検出圧力が３０Ｔｏｒ
ｒであるときは、二点鎖線で示す補正データが選択さ
れ、この補正データとの比較演算により、センサー出力
Ａに相当するデータ出力Ａ₂ に対応するデータ濃度Ｂ₂
が抽出され、このデータ濃度Ｂ₂ に相当する値が検出濃
度として濃度表示器１１で表示される。

【００３３】このように、センサー出力が同一であって
も、密閉容器２内の圧力をパラメータとして、当該圧力
に相当する気化後圧力条件下で求められた補正データに
おけるセンサー出力に相当するデータ出力が抽出され、
半導体ガスセンサー８によって与えられる検出濃度が当
該データ出力に対応するデータ濃度に相当する値に補正
される。したがって、補正データが気化後圧力を一定に
保持させた状態におけるセンサー出力と真正濃度との相
関関係を示すものであることから、補正された検出濃度
は真正濃度を示し、半導体ガスセンサー２による濃度検
出（ないし濃度表示器１１による濃度表示）を正確に行
うことができる。

【００３４】而して、上記した如く、密閉容器２内にお
ける過酸化水素蒸気４ａの濃度を正確にモニタリングで
きることから、当該濃度を有効な滅菌処理機能が発揮さ
れるに適切な濃度範囲に容易に維持管理しておくことが
でき、滅菌処理を効率良く行うことができる。

【００３５】なお、本発明は上記各実施例に限定される
ものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲にお
いて、適宜に変更，改良することができる。例えば、演
算器１０から出力される補正濃度信号により供給弁６ａ
（及び気化器６等）を自動制御することによって、密閉
容器２内の濃度管理を自動的に行うようにすることも可
能である。また、密閉容器２内の温度は、滅菌処理等に
おいては常温であるが、常温でない場合には、センサー
出力によって与えられる検出濃度の補正を、圧力に加え
て温度をパラメータとして補正するようにしておくこと
が好ましい。常温でない条件下では、センサー出力が温
度によっても変動する虞れがあるからである。勿論、か
かる場合には、温度をパラメータとしてセンサー出力と
濃度との相関関係データを求めておく必要がある。この
データの採取手法及び演算手法は上記した補正データと
同様である。また、本発明は、上記した滅菌処理システ
ムに適用する場合に限定されず、過酸化水素蒸気を密閉
容器内に供給して何らかの処理を行う、あらゆるシステ
ム，機器について適用することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から容易に理解されるよう
に、本発明の濃度検出方法によれば、密閉容器内におけ
る過酸化水素蒸気の濃度を、半導体ガスセンサーを使用
して、簡便且つ正確に直接的に検出し或いはモニタリン
グすることができ、過酸化水素蒸気による滅菌処理等を
効率良く適正に行うことができる。

【００３７】また、本発明の濃度検出装置によれば、か
かる方法を好適に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る濃度検出装置を装備した滅菌処理
システムの一例を示す系統図である。

【図２】圧力をパラメータとして得られたデータ出力と
データ濃度との相関関係図である。

【符号の説明】

１…被滅菌処理物、２…密閉容器、７…濃度検出装置、
８…半導体ガスセンサー、９…圧力検出器、１０…演算
器、１１…濃度表示器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空雰囲気に保持された密閉容器内に供
   給された過酸化水素蒸気の濃度を半導体ガスセンサーに
   より検出する方法において、センサー出力によって与え
   られる検出濃度を、密閉容器内の圧力をパラメータとし
   て、予め求めた当該圧力条件下におけるセンサー出力と
   過酸化水素蒸気の濃度との相関関係データに基づき、演
   算補正するようにしたことを特徴とする過酸化水素蒸気
   の濃度検出方法。
2. 【請求項２】 真空雰囲気に保持された密閉容器内に供
   給された過酸化水素蒸気の濃度を検出する半導体ガスセ
   ンサーと、密閉容器内の圧力を検出する圧力検出器と、
   センサー出力によって与えられる検出濃度を、密閉容器
   内の圧力をパラメータとして、予め求めた当該圧力条件
   下におけるセンサー出力と過酸化水素蒸気の濃度との相
   関関係データに基づき、演算補正する演算器と、その補
   正値に基づいて過酸化水素蒸気の濃度を表示する濃度表
   示器と、を具備することを特徴とする、過酸化水素蒸気
   の濃度検出装置。