汽化過(guò)氧化氫滅菌效果影響因素分析

　　汽化過(guò)氧化氫滅菌，目前大多數(shù)用戶都將其稱為“VHP”，即Vaporized Hydrogen Peroxide的縮寫(xiě)。但其實(shí)VHP是美國(guó)一家公司對(duì)這種滅菌產(chǎn)品的注冊(cè)商標(biāo)。而在法規(guī)上，USP將其稱為“VPHP，Vapor Phase Hydrogen Peroxide”。無(wú)論如何表述，“Vapor”已經(jīng)被定義為這種滅菌介質(zhì)的狀態(tài)了，那么vapor究竟是什么狀態(tài)？是氣體(gas)，還是蒸汽(steam)？在滅菌過(guò)程中哪些是影響滅菌效果的因素？

　　什么是Vapor？

　　我們都知道物質(zhì)有三態(tài)，固(solid)、液(liquid)、氣(gas)。而vapor，科學(xué)的定義是氣態(tài)狀態(tài)在溫度低于其臨界點(diǎn)的狀態(tài)，同時(shí)以氣態(tài)和液態(tài)存在。當(dāng)溫度低于露點(diǎn)溫度，氣態(tài)就凝結(jié)成霧，甚至可以在低溫的表面凝結(jié)成液滴。

　　無(wú)論用的是什么汽化過(guò)氧化氫發(fā)生器，生成的過(guò)氧化氫vapor都是由H2O2和H2O的分別在氣態(tài)和液態(tài)兩種狀態(tài)下的混合物[1]。也許會(huì)有人認(rèn)為發(fā)生器生產(chǎn)的過(guò)氧化氫是肉眼看不到的氣體(gas)而不是熱氣騰騰的可見(jiàn)蒸汽(steam)。但是事實(shí)上30%~35%的過(guò)氧汽化溶液的沸點(diǎn)是108℃，也就是說(shuō)溫度要達(dá)到108℃以上的溫度時(shí)，才能維持在氣體狀態(tài)。而這在實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境條件下是不可能的。下圖為不同 (質(zhì)量百分比) 濃度的過(guò)氧化氫溶液的沸點(diǎn)。

　　另一個(gè)使汽化過(guò)氧化氫滅菌這種方式很“神秘”的原因，就是生成的這種Vapor處于一個(gè)非穩(wěn)定、始終在變化的狀態(tài)。

　　從物理角度來(lái)講，過(guò)氧化氫溶液在汽化后產(chǎn)生的H2O2和H2O混合蒸汽(氣)以一定的方式傳送到待滅菌的目標(biāo)環(huán)境中，與目標(biāo)環(huán)境中的空氣混合后，力求在新的環(huán)境條件下重新達(dá)到平衡。這種平衡是在溫度與濕度的條件下，通過(guò)氣體狀態(tài)和液體狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)變而達(dá)到的。

　　從化學(xué)角度來(lái)講，過(guò)氧化氫汽化狀態(tài)下比液體更容易發(fā)生分解，得到H2O和氧氣兩種產(chǎn)物。

　　從微生物反應(yīng)來(lái)說(shuō)，微生物的存在加快了過(guò)氧化氫的分解，在其氧化性的作用下，對(duì)微生物產(chǎn)生殺滅作用。

　　就是這種不穩(wěn)定的狀態(tài)，使得我們?cè)诂F(xiàn)有的技術(shù)條件下幾乎沒(méi)有辦法確切的知道各個(gè)位置下的濃度。但幸運(yùn)的是，過(guò)氧化氫在氣體和液體狀態(tài)下都能夠具有殺滅微生物的能力。并且有理論依據(jù)支持在Vapor狀態(tài)下，液態(tài)的那一部分H2O2相對(duì)氣態(tài)的H2O2殺滅效果來(lái)得更快。

　　H2O2液態(tài)條件下的濃度始終都會(huì)更高，這個(gè)是由H2O2溶液的表面蒸汽壓所決定的。無(wú)論我們是否接受，滅菌過(guò)程中H2O2和H2O的Vapor在滅菌環(huán)境中凝結(jié)總會(huì)存在，只是多少的問(wèn)題。而H2O2比H2O先發(fā)生凝結(jié)，這就使得物體表面的過(guò)氧化氫濃度比蒸發(fā)前的30%的過(guò)氧化氫的溶液濃度來(lái)得更高。

　　滅菌效果的因素由哪些？

　　在理解了什么是Vapor狀態(tài)以及其滅菌過(guò)程中凝結(jié)總會(huì)發(fā)生的機(jī)理的前提下，滅菌效果影響因素自然就會(huì)推導(dǎo)出來(lái)。

　　首先，從產(chǎn)生H2O2和H2O的Vapor的條件開(kāi)始，產(chǎn)生的Vapor的溫度，過(guò)氧化氫溶液的濃度決定了Vapor的狀態(tài)。其中過(guò)氧化氫蒸發(fā)速率也會(huì)對(duì)滅菌效果產(chǎn)生影響。

　　其二，將滅菌氣體傳送到目標(biāo)環(huán)境(隔離器、房間)的方式?jīng)Q定了H2O2和H2O的Vapor狀態(tài)的變化。例如，利用管路傳送，如果沒(méi)有進(jìn)行保溫，背景環(huán)境溫度又相對(duì)較低，那么滅菌蒸汽會(huì)在管道內(nèi)部產(chǎn)生凝結(jié)。傳遞到目標(biāo)環(huán)境中的Vapor中含有的H2O2就會(huì)相對(duì)降低。

　　此外，傳送到環(huán)境的氣流速度，氣流形式會(huì)造成過(guò)氧化氫滅菌氣體分布的不均勻。

　　第三，目標(biāo)環(huán)境的溫度過(guò)高或者溫度不均勻，會(huì)造成滅菌氣體在表面產(chǎn)生凝結(jié)的不均勻。一般溫度+/-2.5℃是能被接受的范圍。需要注意的是那些環(huán)境中的高溫表面，例如，凍干機(jī)、灌裝機(jī)等設(shè)備的CIP/ SIP功能，會(huì)造成局部表面的高溫，需要待這些位置冷卻(一般低于40℃)才能進(jìn)行汽化過(guò)氧化氫滅菌[3]。另外，高溫會(huì)由于熱輻射改變環(huán)境中氣流的狀態(tài)，使得局部的過(guò)氧汽化氣體無(wú)法到達(dá)這些部位。

　　第四，目標(biāo)環(huán)境的初始相對(duì)濕度過(guò)高，與H2O2和H2O滅菌氣體混合后，含H2O的比例會(huì)增高，那么對(duì)于滅菌過(guò)程中產(chǎn)生的凝結(jié)可能會(huì)過(guò)量，而且凝結(jié)的過(guò)氧化氫液體濃度相對(duì)會(huì)較低。下圖顯示了在不同溫度和初始濕度條件下產(chǎn)生凝結(jié)的過(guò)氧化氫濃度[4]。濕度的均勻性會(huì)受溫度均勻性影響，溫度高的表面相對(duì)局部的濕度也會(huì)偏低一些。

　　第五，汽化過(guò)氧化氫的濃度。在滅菌過(guò)程中，過(guò)氧化氫本身在不斷產(chǎn)生，同時(shí)也在不斷分解。維持過(guò)氧化氫在一定的水平是大多數(shù)發(fā)生器廠家的做法，有的以濃度為依據(jù)，有的以凝結(jié)量為考慮。無(wú)論哪一種檢測(cè)方法都存在“如何選擇具有代表性的檢測(cè)位點(diǎn)”問(wèn)題。這確實(shí)是這項(xiàng)技術(shù)的難點(diǎn)。由于檢測(cè)技術(shù)的局限性，目前大多使用電化學(xué)的過(guò)氧化氫濃度傳感器作為檢測(cè)手段。

　　但是需要注意的是，該傳感器檢測(cè)出的只是空間中Vapor的過(guò)氧化氫的濃度，但表面凝結(jié)的過(guò)氧化氫濃度是未知的，而真正作用的卻是這部分未知的過(guò)氧化氫。從以下兩個(gè)曲線就可以看出檢測(cè)空間中過(guò)氧化氫濃度的局限性。(a)圖中由于凝結(jié)量較大，使得一部分過(guò)氧化氫凝結(jié)到了表面，而空間中存在的過(guò)氧化氫量減少，這就是為什么不斷地繼續(xù)注入過(guò)氧化氫，檢測(cè)到的量卻會(huì)越來(lái)越少。(b)圖中，凝結(jié)量偏少，因此過(guò)氧化氫濃度能始終維持在較高的水平。從這就可以看出，空間中的濃度并不能直接說(shuō)明滅菌效果的好壞。但是作為一個(gè)滅菌循環(huán)的參數(shù)，檢測(cè)其濃度卻是必須的。可以通過(guò)濃度的數(shù)據(jù)分析滅菌循環(huán)中的問(wèn)題。

　　第六、過(guò)氧化氫的用量是滅菌過(guò)程中較為可靠也是較為可控的參數(shù)。因此過(guò)氧化氫的總用量對(duì)于滅菌的效果而言是關(guān)鍵的參數(shù)。文獻(xiàn)[5]中通過(guò)不同溫度和初始環(huán)境濕度條件下，對(duì)比了不同過(guò)氧化氫注入量對(duì)微生物殺滅效果。結(jié)論是無(wú)論環(huán)境初始的相對(duì)濕度、溫度如何變化，最終決定是否能達(dá)到微生物殺滅的參數(shù)是過(guò)氧化氫的用量。

　　觀點(diǎn)總結(jié)

　　1.汽化的過(guò)氧化氫是過(guò)氧化氫和水在液態(tài)與氣態(tài)的混合物，滅菌過(guò)程中凝結(jié)不可避免，但是過(guò)量的凝結(jié)是需要避免的。

　　2.濃度不是直接影響滅菌效果的參數(shù)。

　　3.滅菌效果是過(guò)氧化氫溶液濃度、汽化狀態(tài)、過(guò)氧化氫溶液用量、目標(biāo)環(huán)境溫濕度條件、裝載條件、材料[6]等綜合的影響結(jié)果。