一种维持温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法及装置与流程

1.本发明涉及过氧化氢灭菌技术领域，尤其涉及一种维持温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法及装置。


背景技术：

2.汽化过氧化氢(vaporized hydrogen peroxide，vhp)可在室温下灭菌并且无残留，被广泛应用在众多领域。在使用vhp灭菌技术进行灭菌消毒时，需要考虑的影响因素有很多，如温度、湿度、相对饱和度、过氧化氢气体浓度、灭菌时间、气源、压力、被测物本身等，其中温度与饱和度是除vhp浓度外的重要参数，其水平将直接影响灭菌、消毒效果和被测物抗力测试结果。现有大多数的研究与应用都将过氧化氢气体的浓度作为灭菌是否成功的判定标准，而忽视了温度及饱和度在灭菌中起到的作用，并且对温度与饱和度的控制较为随意。如filip et al.(2019)在研究汽化过氧化氢对生物指示剂的灭菌效果时，只关注了在不同过氧化氢气体浓度下生物指示剂的灭杀差异，而没有考虑到温度与饱和度的影响。由于缺少基础性的研究，现有的灭菌设备常以延长灭菌时间和/或加大vhp灭菌浓度来确保灭菌的效果，容易造成灭菌环境中的设备腐蚀以及灭菌设备的损耗，同时造成不必要的过氧化氢溶液的浪费。
3.同时现有研究中多数使用生物指示剂对vhp灭菌效能进行验证，目前市面上也缺少能够同时控制并维持温度、vhp浓度与饱和度的设备。如中国专利cn203021566u公开了“一种汽化过氧化氢灭菌指示物抗力测试装置”，该实用新型只能在真空条件下进行，未对温度、饱和度、vhp浓度等做进一步的控制。又例如，美国专利us6936434b2公布了“一种评估生物指示剂抗力的设备”，该抗力仪主要通过控制温度、压力和流量使抗力仪舱内达到并保持在稳定状态，但没有监测和/或控制舱内灭菌剂浓度、饱和度。


技术实现要素：

4.本发明为了克服现有技术下缺少同时对密闭空间内温度、过氧化氢浓度及相对饱和度进行控制并长时间维持方法的问题，提供一种维持温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法，该方法可以调控并长时间维持密闭空间内部温度、过氧化氢浓度及相对饱和度，控制时温度、vhp浓度及相对饱和度的波动小。本发明还提供了一种用于维持温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法的装置，该装置能够实现在常温常压下同时对温度、过氧化氢气体浓度、相对饱和度进行较宽参数范围内的控制并长时间维持。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种维持温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法，包括如下步骤：s1：将密闭空间温度调节为目标温度后除湿；s2：将质量分数为20～80％的高浓度过氧化氢溶液汽化后注入密闭空间至目标浓度与密闭空间中实际浓度的差值小于50ppm；s3：将1～10％质量分数的低浓度过氧化氢溶液汽化注入密闭空间实际相对饱和
度与目标饱和度的差值小于2％；s4：当密闭空间内实际浓度低于目标浓度的值超过20ppm，将高浓度过氧化氢溶液汽化注入密闭空间至目标浓度与实际浓度的差值小于20ppm；当密闭空间内实际相对饱和度低于目标饱和度的值大于2％，将低浓度过氧化氢溶液汽化注入密闭空间至目标饱和度与实际相对饱和度的差值小于2％。
6.本发明通过将高浓度过氧化氢溶液和低浓度过氧化氢溶液汽化后穿插地注入密闭空间，来同时调控密闭空间内部过氧化氢浓度及相对饱和度，调控精确，并且可长时间维持密闭空间内温度、过氧化氢浓度及相对饱和度为设定值，维持期间波动小。
7.作为优选，步骤s1中将密闭空间温度调节为目标温度后除湿，目标温度为20～40℃，除湿后密闭空间的湿度小于所需维持饱和度5个百分点及以上。
8.作为优选，步骤s1中除湿后密闭空间的湿度小于目标饱和度20个百分点及以上。
9.作为优选，步骤s2中高浓度过氧化氢溶液汽化注入速度为0.1～2g/min，步骤s3中低浓度过氧化氢溶液汽化注入速度为0.1～2g/min。
10.作为优选，步骤s1还包括对密闭空间进行压降测试，压降测试通过后再将密闭空间温度调节为目标温度后进行除湿，压降测试步骤包括：(1)向密闭空间中充气至压力高于100pa；(2)静置3～5min后记录起始温度和起始绝对压力ps，然后进行测试，测试时间t为60～120s，测试结束后记录结束温度和结束绝对压力pt；(3)使用下述公式计算每小时体积泄露率q/v：q/v＝3600(ps-pt)/(ps
×
t)；当小时泄露率q/v《0.5％，且测量过程舱内温度波动≤0.5℃时，压降测试通过。
11.压降测试可检测密闭空间的密封程度，避免由于漏气导致后续过氧化氢浓度波动大，也避免过氧化氢泄漏对实验人员造成危害。
12.一种用于上述维持温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法的装置，包括箱体和控制系统；箱体包括可封闭的舱门，箱体内部为密闭空间，设有分别与控制系统电路连接的过氧化氢浓度检测模块、温度湿度检测模块和温度控制模块，温度控制模块包括加热装置和制冷装置，箱体与受控制系统控制的喷雾汽化装置和气体置换系统连接，喷雾汽化装置与两个及以上的储存过氧化氢溶液的储液罐相连。
13.本发明装置有两个及以上的储液罐，可实现不同浓度过氧化氢溶液的交替注入，进而调控箱体中过氧化氢浓度和相对饱和度，作为过氧化氢灭菌生物指示剂抗力仪使用可实现在常温常压环境中多个工况条件下的生物指示剂抗力测试，有助于最佳灭菌条件的确立，减少过氧化氢溶液的过量使用；也可作为应用于灭菌消毒装置使用，如传递舱、隔离器、消毒柜等，提高灭菌效果。并且该装置采用喷雾汽化的过氧化氢注入方式以替代现有设备加热汽化注入方式，使箱体中环境能快速的达到测试参数要求，而且也避免了加热汽化对箱体中温度维持的影响。温度控制模块中加热装置、制冷装置和温度湿度检测模块共同作用来控制密闭空间内部的温度，实现升温、降温、保温功能，可控制范围较宽。
14.作为优选，所述箱体内还设有气体均匀装置。
15.作为优选，所述气体均匀装置为紊流风机。
16.气体均匀装置可使得箱体中各部分的气体组成相同。
17.作为优选，所述箱体的舱门朝向箱体内部一侧的边缘设有充气密封条，舱门上设置有视窗，箱体内设置有照明装置，箱体内的壁面上设有保温层。
18.充气密封条用以增强箱体的密封性，实验人员可通过视窗观察箱体内部情况，照明装置用于照明。
19.作为优选，所述箱体的舱门朝向箱体内部一侧还设有钢化玻璃合页。
20.设置钢化玻璃合页可增强箱体的保温性，同时不会对实验人员观察箱体内部情况造成阻碍。
21.作为优选，所述气体置换系统包括设置在箱体上的进气口和出气口、设置在箱体内的压力检测模块，进气口通过阀门与气罐连接，出气口通过阀门与尾气催化分解装置连接。
22.通过气体置换系统可完成箱体除湿、压降测试及生物指示剂抗力测试完成后箱体中过氧化氢的排出。尾气催化分解装置用于处理未分解的过氧化氢，避免实验人员吸入过氧化氢。
23.作为优选，所述控制系统包括显示触摸屏。
24.通过显示触摸屏完成箱体中各参数的设置并显示箱体中实时参数变化。
25.因此，本发明具有如下有益效果：(1)通过穿插地将两种浓度不同的过氧化氢溶液汽化注入密闭空间，来同时控制并调节密闭空间内部过氧化氢浓度及相对饱和度，可控制范围较宽，维持浓度为0～1900ppm，维持相对饱和度为10～90％，并且实际浓度和相对饱和度与设定值之间偏差小；(2)可长时间维持密闭空间内温度、过氧化氢浓度和相对饱和度，控制过程中温度、过氧化氢浓度和相对饱和度的波动小；(3)应用于在生物指示剂抗力测试中能够实现对温度及饱和度的验证，有助于最佳灭菌条件的确立，减少过氧化氢溶液的过量使用。
附图说明
26.图1为本发明装置的结构图。
27.图2为本发明装置箱体内部的结构图。
28.图3为实施例2的维持数据图。
29.图4为实施例3的维持数据图。
30.图5为实施例4的维持数据图。
31.图1和图2中，1-箱体，11-舱门，111-视窗，12-照明装置，2-过氧化氢浓度检测模块，3-温度湿度检测模块，4-喷雾汽化装置，41-储液罐，5-气体均匀装置，61-进气口，62-出气口，63-压力检测模块，7-显示触摸屏。
具体实施方式
32.下面结合附图与具体实施方法对本发明做进一步的描述。
33.实施例1一种过氧化氢灭菌生物指示剂抗力仪，其结构如图1和图2所示，包括外框架，外框架中设有箱体1和两个分别装有高浓度的过氧化氢溶液和低浓度的过氧化氢溶液的储液罐
41，箱体1通过设置在箱体1左面的喷雾汽化装置4与两个储液罐41连接。箱体1正面从内向外依次设有钢化玻璃合页和铰接的舱门11，外框架相对舱门11位置镂空，舱门11中间部分为玻璃材质的视窗111，舱门11朝向箱体1内部一侧的边缘设有充气密封条；箱体1内部为密闭空间，顶部设有led灯作为照明装置12，后侧中间位置设有气体均匀装置5、过氧化氢浓度检测模块2和温度湿度检测模块3，气体均匀装置5为紊流风机，箱体1中还设有温度控制模块，温度控制模块包括铺设在箱体内壁面上作为保温层的保温棉、加热装置和制冷装置；箱体1右面设有进气口61、出气口62和压力检测模块63，进气口61通过阀门与装有干燥压缩空气的气罐连接，出气口62通过阀门与尾气催化分解装置连接，进气口61、出气口62、气罐、压力检测模块63和尾气催化分解装置构成气体置换系统；过氧化氢灭菌生物指示剂抗力仪还包括控制系统，控制系统与照明装置12、过氧化氢浓度检测模块2、温度湿度检测模块3，喷雾汽化装置4、温度控制模块、紊流风机和气体置换系统电路连接，控制系统包括设置在外框架上的显示触摸屏7。
34.使用该过氧化氢灭菌生物指示剂抗力仪进行生物指示剂抗力测试的步骤如下：s1：准备阶段，将生物指示剂通过生物指示剂曝露装置放置或直接放置在箱体中，利用显示触摸屏设置好所需参数，测试温度的设定范围为20～40℃，测试浓度的设定范围为0～1900ppm，测试饱和度的设定范围为10～90％，除湿湿度设置范围为1～85％；s2：压降测试，开启设备运行，箱体开启自动充气，压力上升至100pa以上；充气完成后，设备自动稳定3～5min，测试1～2min，等待测试自动完成，记录起始温度与结束温度，控制系统中平板电脑控制软件实时监控测试过程并自动套用下述公式计算每小时体积泄露率：q/v＝3600(ps-pt)/(ps
×
t)式中：q/v-小时体积泄露率；ps(pa)-起始绝对压力，为大气压力+起始相对压力，大气压力按101325pa计；pt(pa)-结束绝对压力，为大气压力+结束相对压力，大气压力按101325pa计；t(s)-测试时间；当小时泄露率q/v《0.5％，且测量过程舱内温度波动≤0.5℃时，压降测试通过进入下一阶段；步骤s3：控温阶段，控制系统对箱体内的密闭空间及预热腔进行温度控制，当箱体内的温度到达设定值时，进入下一阶段；s4：除湿阶段，通过气体置换系统通入干燥压缩空气对箱体进行除湿，湿度到达除湿湿度设定值时进入下一阶段；s5：调节阶段，喷雾汽化装置以0.1～2g/min的速度将20-80％的高浓度过氧化氢溶液汽化注入箱体，以快速地提高箱体内过氧化氢浓度，当浓度趋于维持浓度时，停止注入高浓度的过氧化氢溶液，此时过氧化氢浓度会继续上升然后缓慢下降。当浓度开始下降时，喷雾汽化装置以0.1～2g/min的速度将1～10％质量分数的低浓度过氧化氢溶液汽化注入箱体，用以调节控制箱体内部的相对饱和度。当测试箱体内过氧化氢浓度值与测试浓度差值在20ppm以内，且相对饱和度值与测试饱和度差值在2％内时，进入下一阶段；s6：测试阶段/维持阶段，在此阶段中，通过进气与排气进行相对饱和度与过氧化氢浓度的下降，通过补充高浓度的过氧化氢溶液进行浓度的升高，通过补充低浓度的过氧化氢溶液进行饱和度的升高，从而实现浓度与饱和度的长时间维持，将生物指示剂曝露在箱体中，按照一定的曝露时间将生物指示剂取出，送至实验室进行培养；
s7：除残阶段，测试结束后，通过进气对测试空间进行除残，出气进入尾气催化分解装置中分解后排放；s8：理论计算，待生物指示剂培养周期结束，按照《中国药典》9208对培养结果进行d值的计算。
35.实施例2一种维持实施例1箱体中温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法，步骤如下：s1：将箱体温度调节为20℃，设置除湿湿度、目标浓度和目标饱和度后进行除湿；s2：将质量分数为50％的高浓度过氧化氢溶液以1g/min的速度汽化后注入箱体至目标浓度与箱体中实际浓度的差值小于50ppm；s3：将7.5％质量分数的低浓度过氧化氢溶液以1g/min的速度汽化后注入箱体至实际相对饱和度与目标饱和度的差值小于2％；s4：当箱体内实际浓度低于目标浓度的值超过20ppm，将高浓度过氧化氢溶液汽化注入密闭空间至实际浓度低于目标浓度的值小于20ppm；当箱体内实际相对饱和度低于目标饱和度的值大于2％，将低浓度过氧化氢溶液汽化注入密闭空间至实际相对饱和度低于目标饱和度的值小于2％。
36.实施例2的设置参数与维持60min过程中的测试数据如表1及图3所示。由于箱体中实际温度在20
±
0.1℃范围内波动，与设定值差异太小，便将其忽略。
37.表1.实施例2检测数据。
38.实施例3一种维持实施例1箱体中温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法，与实施例2的区别在于将箱体温度调节为30℃进行测试，高浓度的过氧化氢溶液的质量分数为50％，低浓度的过氧化氢溶液的质量分数为7.5％。
39.实施例3的设置参数与在60min的维持过程中的测试数据如表2及图4所示。由于箱体中实际温度在30
±
0.1℃范围内波动，与设定值差异太小，便将其忽略。
40.表2.实施例3检测数据。
41.实施例4一种维持实施例1箱体中温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法，与实施例2的区别在于将箱体温度调节为40℃进行测试。
42.实施例4的设置参数与在60min的维持过程中的测试数据如表3及图5所示。由于箱体中实际温度在40
±
0.1℃范围内波动，与设定值差异太小，便将其忽略。
43.表3.实施例4检测数据。
44.表1-3中实际浓度和实际饱和度为维持过程中的平均值，维持过程中实际浓度和实际饱和度的波动情况如图3-5中数据点的误差棒所示。由上述数据可知，本发明可以在20～40℃的温度下将箱体中过氧化氢浓度和饱和度调控至接近目标值，并且可以长时间维持在目标值，维持过程中波动较小。
45.对比例1一种维持实施例1箱体中过氧化氢气体浓度及饱和度的方法，步骤如下：s1：将箱体温度调节为25℃，设置除湿湿度为30％、目标浓度为500ppm和目标饱和度为50％后进行除湿；s2：将质量分数为50％的高浓度过氧化氢溶液以1g/min的速度汽化后注入箱体至目标浓度与箱体中实际浓度的差值小于20ppm；s3：将质量分数为50％的高浓度过氧化氢溶液以1g/min的速度汽化后注入箱体至目标饱和度与箱体中实际饱和度的差值小于2％。
46.对比例1中箱体中实际浓度在696～748ppm范围内波动，而实际相对饱和度在46～
54％内波动，这表明仅使用高浓度过氧化氢溶液无法兼顾维持浓度和相对饱和度。
47.对比例2一种维持实施例1箱体中过氧化氢气体浓度及饱和度的方法，步骤如下：s1：将箱体温度调节为25℃，设置除湿湿度为30％、目标浓度为500ppm和目标饱和度为50％后进行除湿；s2：将质量分数为7.5％的低浓度过氧化氢溶液以1g/min的速度汽化后注入箱体至目标浓度与箱体中实际浓度的差值小于20ppm；s3：将质量分数为7.5％的高浓度过氧化氢溶液以1g/min的速度汽化后注入箱体至目标饱和度与箱体中实际饱和度的差值小于2％。
48.对比例2中箱体中实际浓度在66～70ppm范围内波动，而实际饱和度在50～52％内波动，由于仅加低浓度过氧化氢溶液只能得到低浓度、高饱和的vhp检测环境，导致抗力仪在运行过程中一直停留在调节阶段，并且控制实际饱和度在设置饱和度附近。
49.对比例2和对比例3的测试结果表明仅使用一种浓度过氧化氢溶液无法兼顾维持浓度和相对饱和度。

技术特征：
1.一种维持温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法，其特征是，包括如下步骤：s1：将密闭空间温度调节为目标温度后除湿；s2：将质量分数为20~80%的高浓度过氧化氢溶液汽化后注入密闭空间至目标浓度与密闭空间中实际浓度的差值小于50ppm；s3：将1~10%质量分数的低浓度过氧化氢溶液汽化注入密闭空间实际相对饱和度与目标饱和度的差值小于2%；s4：当密闭空间内实际浓度低于目标浓度的值超过20ppm，将高浓度过氧化氢溶液汽化注入密闭空间至目标浓度与实际浓度的差值小于20 ppm；当密闭空间内实际相对饱和度低于目标饱和度的值大于2%，将低浓度过氧化氢溶液汽化注入密闭空间至目标饱和度与实际相对饱和度的差值小于2%。2.根据权利要求1所述的一种维持温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法，其特征是，步骤s1中将密闭空间温度调节为目标温度后除湿，目标温度为20~40℃，除湿后密闭空间的湿度小于所需维持饱和度5个百分点及以上。3.根据权利要求2所述的一种维持温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法，其特征是，步骤s1中除湿后密闭空间的湿度小于目标饱和度20个百分点及以上。4.根据权利要求1所述的一种维持温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法，其特征是，步骤s2中高浓度过氧化氢溶液汽化注入速度为1~2g/min，步骤s3中低浓度过氧化氢溶液汽化注入速度为1~2g/min。5.根据权利要求1或2或3所述的一种维持温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法，其特征是，步骤s1还包括对密闭空间进行压降测试，压降测试通过后再将密闭空间温度调节为目标温度后进行除湿，压降测试步骤包括：（1）向密闭空间中充气至压力高于100pa；（2）静置3～5min后记录起始温度和起始绝对压力ps，然后进行测试，测试时间t为60～120s，测试结束后记录结束温度和结束绝对压力pt；（3）使用下述公式计算每小时体积泄露率q/v：q/v=3600(ps-pt)/(ps
×
t)；当小时泄露率q/v<0.5%，且测量过程舱内温度波动≤0.5℃时，压降测试通过。6.一种用于如权利要求1-5任意一项所述维持温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法的装置，其特征是，包括箱体（1）和控制系统；箱体包括可封闭的舱门（11），箱体内部为密闭空间，设有分别与控制系统电路连接的过氧化氢浓度检测模块（2）、温度湿度检测模块（3）和温度控制模块，温度控制模块包括加热装置和制冷装置，箱体与受控制系统控制的喷雾汽化装置（4）和气体置换系统连接，喷雾汽化装置与两个及以上的储存过氧化氢溶液的储液罐（41）相连。7.根据权利要求6所述的一种用于维持温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法的装置，其特征是，所述箱体内还设有气体均匀装置（5）。8.根据权利要求6所述的一种用于维持温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法的装置，其特征是，所述箱体的舱门朝向箱体内部一侧的边缘设有充气密封条，舱门上设置有视窗（111），箱体内设置有照明装置（12），箱体内的壁面上设有保温层。9.根据权利要求6所述的一种用于维持温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法的装
置，其特征是，所述气体置换系统包括设置在箱体上的进气口（61）和出气口（62）、设置在箱体内的压力检测模块（63），进气口通过阀门与气罐连接，出气口通过阀门与尾气催化分解装置连接。10.根据权利要求6所述的一种用于维持温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法的装置，其特征是，所述控制系统包括显示触摸屏（7）。

技术总结
本发明涉及过氧化氢灭菌技术领域，为解决现有技术下缺少同时对密闭空间内过氧化氢浓度、相对饱和度进行控制并长时间维持方法的问题，公开了一种维持温度、过氧化氢气体浓度及饱和度的方法及装置，包括将密闭空间除湿后，将高浓度过氧化氢溶液汽化后注入密闭空间至目标浓度与密闭空间中实际浓度的差值小于50ppm，再将低浓度过氧化氢溶液汽化注入密闭空间至实际相对饱和度与目标饱和度的差值小于2%，再通过分别注入高浓度过氧化氢溶液和低浓度过氧化氢溶液维持密闭空间中浓度和饱和度。该方法可以调控并长时间维持密闭空间内部温度、过氧化氢浓度及相对饱和度，控制时浓度及相对饱和度波动小。及相对饱和度波动小。及相对饱和度波动小。


技术研发人员：寿敏杭 郑秀成 周增超 陈辉 赵振波 夏信群
受保护的技术使用者：浙江泰林医学工程有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/10/7