SubscribeWasserstoffperoxyddampf (HPV) ist die bevorzugte Methode für viele Biodekon - taminationssanforderungen in den Bereichen Pharmazeutika, Biomedizin und Gesundheitswesen. weil es zuverlässig und schnell ist, keine Rückstände zurücklässt und validiert werden kann. Es gibt jedoch noch Missverständnisse über seine Funktionsweise und die physikalische Chemie des Vorgangs..
Durch das Verstehen der phsyikalischen Chemie ist es möglich, den Vorgang zu optimieren und dadurch wird nicht nur garantiert, dass der Vorgang wiederholbar ist, sondern es auch möglich ist, die Zykluszeiten auf ein Minimum zu reduzieren.
Methode zur Generierung des Wasserstoffperoxyddampfs
Bevor wir die Gleichungen, die den Wasserstoffperoxyddampf regeln, untersuchen, ist es notwendig, zuerst zu verstehen, wie dieser Dampf hergestellt wird. In den meisten herkömmlichen Wasserstoffperoxydgeneratoren wie der Clarus ® C, wird eine wasserhaltige Wasserstoffperoxydlösung so verdampft, so dass das gleiche Gewichtsverhältnis in der Dampfphase wie in der Quellflüssigkeit gewonnen wird.
Dieser Dampf wird in die Kammer transportiert, um in einem aufgeheizten Trägergas, anfänglich Luft, bioneutralisiert zu werden und Dämpfe aus der Kammer werden in den Gasgenerator zurückgeschickt, wo weitere Mengen der wasserhaltigen Lösung verdampft werden.
Die am häufigsten verwendete wasserhaltige Wasserstoffperoxydlösung ist 30% w/w und wird regelmässig in den aufgeheizten Gasstrom verdampft, um Wasserstoffperoxydkonzentrationen über 3000 ppm oder 4,5 mg/l zu gewinnen. Es muss deswegen darauf geachtet werden, dass die Kondensation dieser hohen Konzentrationen im Versorgungssystem zur Kammer durch das Aufheizen der Versorgungsleitungswände verhindert wird.
Physikalische Chemie der Wasserstoffperoxyd- und Wasserdampfmischungen
Die Gleichungen, die die gleichgewichtigen Dampfdrücke von Wasserstoffperoxyd- und Wasserdampfmischungen regeln, wurden zum erstenmal von Scatchard et al [1] und Keyes [2] veröffentlicht. Diese Gleichungen wurden von Watling et al[3] benutzt, um zu analysieren, wie lange es während eines Biodekontaminationszyklus dauert, bis Sättigung erreicht worden ist und dann die theoretische Gleichgewichtskonzentration des Kondensats, das sich bildet, und auch die Gleichgewichtskonzentrationen des Wasserstoffperoxyds und der Wasserdämpfe zu untersuchen.
Diese Analyse nahm an, dass sich das Kondensat und der Dampf im Gleichgewicht befinden und ergab interessante Ergebnisse. Wasserstoffperoxyd hat einen viel niedrigeren Dampfdruck als Wasser und in einer wasserhaltigen Lösung werden sowohl der Dampfdruck des Wasserstoffperoxyds als auch des Wassers aufgrund der Affinität des Wassers und der Wasserstoffperoxydmolekülen zueinander reduziert.
Da jedoch der Verdampfungsvorgang, der zur Generierung der Dämpfe verwendet wird, die gleichen Gewichtsverhältnisse in der Dampfphase produziert wie die Quellflüssigkeit, ist die Dampfkonzentration des Wasserstoffperoxyds, das mit herkömmlichen Generatoren produziert worden sind, viel höher als es in einem Gleichgewichtszustand zur gleichen Temperatur erzielt würde.
Wenn also der Sättigungszustand erzielt worden ist und die Kondensation auftritt, kann erwartet werden, dass die Konzentration des Kondensats eine höhere Konzentration hat als die Quellflüssigkeit. Wenn weitere Mengen an wasserhaltigen Lösungen verdampft und an die Kammer geliefert werden, bildet sich weiterhin Kondensation, die grosse Mengen Wasserstoffperoxyd aus dem Dampf entzieht und dadurch die Wasserstoffperoxyddampfkonzentration reduziert.
Diese reduzierte Dampfkonzentration gibt an, dass die Konzentration des Kondensats ebenfalls reduziert wird, da angenommen wird, dass der Dampf und die Flüssigkeit im Gleichgewicht sind. Man darf nicht vergessen, dass unsere Analyse annimmt, dass die Flüssigkeits- und Dampfphasen weiterhin im Gleichgewicht verbleiben. Wenn grosse Mengen wasserhaltige Lösung verdampft und an die Kammer geliefert worden sind, kann man erwarten, dass die Dampfkonzentration in der Kammer auf den Gleichgewichtsdampfdrücke der Quellflüssigkeit zur Kammertemperatur hin tendieren.
Der Abschluss des Biodekontaminationszyklus ist die Beseitigung des Wasserstoffperoxyds aus der Kammer auf einen sicheren Wert; dies wird als Belüftungsphase bezeichnet. Dies wird im allgemeinen durch das Einführen von sauberer Luft in die Kammer und der Beseitigung des Peroxyds durch Verdünnung erzielt; dieser Vorgang kann durch das Einführen der Luft/Dampfmischung durch einen Kohlenstofffilter zur Zerstörung des Wasserstoffperoxyddampfs verbessert werden.
Am Anfang der Belüftungsphase geschieht etwas sehr Interessantes: die Wasserstoffperoxydkonzentration steigt an, obwohl saubere Luft in die Kammer eingeführt wird. Dies geschieht, weil das Kondensat auf den Oberflächen verdampft, aber weil Wasser einen viel höheren Dampfdruck als Wasserstoffperoxyd hat, verdampft das Wasser schneller aus dem Kondensat als das Wasserstoffperoxyd, wodurch die Konzentration des Kondensats erhöht wird. Der Anstieg der Konzentration des Kondensats führt zu einem höheren Gleichgewichtsdampfdruck des Wasserstoffperoxyds und dadurch einen Anstieg in der Dampfkonzentration.
Das oben aufgeführte Diagramm wurde einem Test an einer kleinen Kammer entnommen und zeigt die theoretische und gemessenen Gaskonzentrationen während eines Biodekontaminationszyklus. Die gemessenen Gaskonzentrationen zeigen ähnliche Eigenschaften wie die theoretischen, folgen aber den theoretischen Werten aufgrund der Reaktionszeit der Instrumente nach.
Abweichung von den theoretisch vorhergesagten Dampfkonzentrationen
Die Gleichungen, die zur Voraussage der Gaskonzentration während eines Biodekontaminationszyklus mit Wasserstoffperoxyddampf benutzt werden, nehmen an, dass sich die Dämpfe und Flüssigkeit im Gleichgewicht befinden. Tatsache ist, dass sich während der Begasungsphase des Zyklus, wenn sich die Kondensation bildet und während der Belüftungsphase, wenn es verdampft, die Dämpfe und die Flüssigkeit nicht im Gleichgewicht befinden können.
Beachten Sie die Kondensationsphase des Zyklus. Im Gleichgewichtstatus ist die Anzahl der Moleküle, die die Flüssigkeitsphase betreten und verlassen, gleich und daher bleibt die Masse des Kondensats konstant.
Umgekehrterweise während der Bildung der Kondensation muss die Anzahl der Moleküle, die die Flüssigkeitsphase betreten, grösser als die Anzahl der austretenden sein und daher befinden sich die Dampf- und Flüssigkeitsphasen nicht im Gleichgewicht.
Daher folgt nach, dass, damit sich die Kondensation bilden kann, der Dampfddie kompruck höher als der Gleichgewichtsdampfdruck sein muss. Dies ist aber alles. Wenn der Dampf in die Kammer zu einer höheren Temperatur als die Wände der Kammer und daher zu einer höheren Temperatur alsein Kondensat eingeführt wird, dann bedeutet diese höhere Temperatur, dass die Moleküle im Dampfstatus verbleiben, weil sie eine höhere Temperatur haben. Es wird daher erwartet, dass während der Begasungsphase des Zyklus die Gaskonzentration höher als der Gleichgewichtswert ist.
Der Unterschied zwischen dem vorausgesagten Gleichgewichtsdampfdruck und die gemessene Konzentration hängt von der Grösse der Kammer, der Temperatur der angelieferten Dämpfe und der Anlieferungsrate der Dämpfe ab. Es ist möglich, dass dieser Unterschied recht gross sein kann und in kleinen Kammern wurde beobachtet, dass es bis zu mehreren hundert ppm sind.
Es wird ebenfalls erwartet, dass die Dampfkonzentrationen während der Belüftungsphase niedriger als die von den Gleichgewichtsgleichungen vorhergesagt waren. Zu diesem Punkt des Zyklus verdampft die Flüssigkeit und daher gibt das Kondensat die Moleküle auf und die umgekehrten Argumente treffen auf die während der Formung der Kondensation zu. Es gibt aber keine Zweifel, dass die Konzentration des Kondensats während der Belüftungsphase ansteigt und dies kann die biologische Wirksamkeit des Vorgangs verbessern.
Biodekontamination von Räumen
In grösseren Volumen wie Räume ist es wahrscheinlicher, dass ein engeres Verhältnis zwischen der kalkulierten Gleichgewichtsdampfkonzentration und dem gemessenen Wert auftritt. Es ist aber unwahrscheinlich, dass die anfängliche Spitze der Konzentration, die von den Gleichungen vorausgesagt wurde, gesehen wird.
OBJ 3 Im Raumbiodekontaminationssystem von BIOQUELL (RBDS ®) werden die heissen Dämpfe zu hoher Geschwindigkeit mit einer sich drehenden Düse in den Raum geliefert, um eine gute Verteilung im gesamten Raum zu erzielen. In der Dampfsäule, der von der sich drehenden Düse angeliefert wird, fällt die Temperatur der Dämpfe ab und generiert ein sich ständig änderndes Miniumfeld, in dem es wahrscheinlich ist, dass sich Tropfen mit hoher Flüssigkeitskonzentration bilden.
Diese Tropfen verdampfen wieder, wenn sich die Säule ausbreitet, vorausgesetzt, dass die Dämpfe im Raum den Taupunkt noch nicht erreicht haben. Es folgt nach, dass ein Instrument, dass die Dampfkonzentration im Raum misst, Werte sieht, die ansteigen, bis die Sättigung erreicht wird und dann wieder abflachen. Das Diagramm zeigt eine typische Gaskonzentrationskurve der Raumbiodekontamination.
Praxis gegen Theorie
Das Verständnis der Theorie der physikalischen Chemie, die hinter der Biodekontamination mit Wasserstoffperoxyd steckt, ist sehr hilfreich, wenn die Flüssigkeitsverdampfungsrate, Trägergasdurchfluss, Temperatur der angelieferten Dämpfe und die Zeit, in der die Kondensation erreicht werden soll, optimiert werden. Für alle diese Parameter geben die Gleichungen präzise Werte an.
Weil aber die Gleichungen annehmen, dass sich die Dämpfe und das Kondensat im Gleichgewicht befinden, wird es immer einen Unterschied zwischen den beobachteten und kalkulierten Dampfkonzentrationen während der Begasungsphase des Zyklus geben.
Dies macht die Benutzung dieser Gleichungen für diese Phase nicht ungültig, da die Information aus deren Gebrauch gewonnen und als Richtlinie benutzt wird, wie dieser Zyklus fortschreiten kann und zeigt an, wenn der Vorgang nicht unter Kontrolle steht.
Weil es nicht möglich ist, die Bedingungen direkt während eines Begasungszyklus zu kalkulieren, hat BIOQUELL einige Computerprogramme entwickelt, um diese iterativen Kalkulierungen auszuführen. Diese Kalkulatoren wurden verwendet, um beim Entwerfen von Begasungszyklen zu helfen und die Bedingungen während den Biodekontaminationsvorgängen zu optimieren.
Vergleich mit Formaldehyd
Formaldehydbegasung ist seit vielen Jahren der akzeptierte Vorgang zur Biodekontamination von mikrobiologischen Sicherheitsschränken, Kammern und Räumen. Es gab aber nie die gleiche Analyse der physikalischen Chemie des Vorgangs und daher ist die Optimisierung und Zyklusentwicklung viel schwieriger und fast unmöglich.
Es leidet auch unter langen Aussetzungszeiten, Rückstandsablagerungen und die Notwendigkeit für sehr hohe Feuchtigkeitsstufen, was zu hoher Kondensation führt. Kürzlich wurden Bedenken angegeben, das es karzinogenisch ist.
Es ist interessant, dass, obwohl Wasserstoffperoxyddampf erst seit 1990 im Handel erhältlich ist, es dafür mehr Wirksamkeitdaten in der Literatur gibt als für Formaldehyd.
Schlussfolgerungen und Zusammenfassung
Die von BIOQUELL unternommenen theoretischen Arbeiten haben zu einem viel besseren Verständnis der physikalischen Chemie von Wasserstoffperoxyd und Wasserdämpfen geführt; dies macht es wiederum möglich, die Wirksamkeit zu verbessern und die Biodekontaminationszykluszeiten zu reduzieren. Verdampftes Wasserstoffperoxyd ist nun der bevorzugte Vorgang in der pharmazeutischen Industrie und hat sich bei der Abtötung von widerstandsfähigen Bakterien auf Krankenhausflächen als wirksam erwiesen.
Es wurde viel darüber gesprochen und geschrieben, ob die Biodekontamination von verdampftem Wasserstoffperoxyd eine Kondensation oder trockener Vorgang ist. Es ist nun ohne Zweifel, dass es am wirksamsten ist, sobald sich die Mikrokondensation gebildet hat. Die, die argumentieren, dass ein trockener Vorgang ist, muss erklären, warum es schwieriger ist, eine Abtötung auf heissen Flächen zu erzielen.
Es wird erwartet, dass bei Trockengas die Abtötungen auf heissen Flächen schneller ist, da die chemischen Reaktionen schneller stattfinden, wenn die Temperatur ansteigt. Wenn es aber ein Kondensationsvorgang ist, ist es voraussehbar, dass eine Abtötung auf kalten Flächen, wo sich die Kondensation schneller bildet, schneller ausgeführt wird.
[1]Scatchard G. et al. (1952),J. Am. Chem. Soc.,74, 3715.
[2]Keyes, F. G. (1947), J. Chem. Phys.,15, 602.
[3]Watling D. et al. (2002),PDA J. Sci. & Tech.56, No 6, 291