УКР  РУС  ENG  CHN 
Поиск:  
Направления деятельности
Роторный таблетпресс

Теория и практика о био-деконтаминации пероксидным паром

Введение

Метод испарения пероксида водорода стал выбором для решения большого количества задач по био-деконтаминации в фармацевтике, медицине и здравоохранении, потому что этот метод надежен, быстр, не оставляет следов и может быть валидирован, однако существуют значительные недоразумения насчет того, как он работает, и по поводу физической химии этого процесса. Понимание физ-химии этого процесса – путь к оптимизации, заключающейся в том, что процесс можно не только повторять, но и сократить время цикла до минимума.

Метод генерирования пероксидного пара

Перед тем, как приступить к изучению уравнений, описывающих пероксидный пар, необходимо понять, как этот пар производится. В большинстве коммерческих генераторов пероксида водорода, таких, как, например, Clarus C, водный раствор пероксида водорода испаряется таким образом, чтобы создать такое же весовое соотношение в паровой фазе, как и в исходной жидкости. Пар подается в камеру, которую необходимо био-деконтаминировать, в потоке нагретого газа, обычно воздуха, и, далее, пары из камеры возвращаются в газовый генератор, где в него испаряется дополнительное количество раствора. Самая распространенная концентрация используемого водного раствора пероксида водорода – 30%, и часто этот раствор испаряется в нагретый транспортировочный газовый поток для производства концентрации пероксида водорода в 3000 ppm (или 4,5 мг/л). Необходимо проявлять некоторую осторожность, чтобы предотвратить конденсацию таких высоких концентраций пероксида водорода в транспортировочной системе по пути в камеру, нагревая стенки подающих трубок.

Физическая химия пероксида водорода и паро-водяных смесей.

Уравнения, описывающие равновесие парового давления пероксида водорода и паро-водяных смесей впервые были опубликованы Скатчардом (Scatchard)1 и Кейзом (Keyes)2. Эти уравнения использовались Уотлингом (Watling)3, для определения времени, потребующегося для достижения насыщения в течение цикла био-деконтаминации, а также для проверки теоретической равновесной концентрации конденсата, который образуется, и равновесных концентраций пероксида водорода и водяных паров.

Этот анализ предполагает, что любой пар и конденсат находятся в равновесии, из чего можно сделать несколько интересных выводов. Пероксид водорода создает намного более низкое паровое давление, чем вода, и в водных растворах паровое давление пероксида водорода и воды уменьшаются благодаря сродству молекул воды и пероксида водорода друг к другу. Однако, из-за того, что в процессе испарения требуется получение паров с таким же весовым соотношением в паровой фазе, как и в жидкостной, паровая концентрация пероксида водорода, производимая коммерческими генераторами, намного выше, чем может быть достигнута в равновесном состоянии при той же температуре.

Таким образом, когда достигнуто насыщение и наблюдается процесс конденсации, можно предположить, что концентрация конденсата может быть выше, чем вы исходном растворе. В дальнейшем, продолжая испарять водный раствор и доставляя его в камеру, конденсация будет продолжаться, вытягивая из пара большие количества пероксида водорода, таким образом, уменьшая его концентрацию. Уменьшающаяся паровая концентрация подразумевает, что концентрация конденсата тоже будет уменьшаться, так как предполагается, что пар и жидкость находятся в равновесии. Необходимо помнить, что в нашем анализе предполагается, что жидкость и пар остаются в равновесии. В конце концов, если большие количества водного раствора испаряются и подаются в камеру, можно ожидать, что паровая концентрация в камере будет стремиться к равновесию с давлением в исходном растворе, в соответствии с температурой в камере.

Финальный этап цикла био-деконтаминации – это удаление пероксида водорода из камеры до безопасного уровня. Этот процесс известен под названием фазы аэрации. Обычно этот процесс производится пропусканием чистого воздуха в камеру и удалением пероксида разведением, этот процесс может быть ускорен пропусканием воздушно-паровой смеси через угольный фильтр для разрушения пероксидного пара. На старте фазы аэрации происходит очень интересная вещь – концентрация пероксидного пара вырастает, вопреки тому факту, что в камеру подается чистый воздух. Это происходит потому, что начинает испаряться конденсат, находящийся на поверхностях, но, так как вода обладает намного более высоким паровым давлением, чем пероксид водорода, вода испаряется из конденсата быстрее, чем пероксид, таким образом, повышая концентрацию в конденсате. Возрастание концентрации в конденсате ведет к более высокому равновесию парового давления пероксида водорода, что ведет к повышению и паровой концентрации. График, приведенный ниже, был взят из теста, проведенного в маленькой камере, и показывает теоретическую и измеренную газовую концентрацию в течение цикла био-деконтаминации. Измеренная газовая концентрация обладает схожими характеристиками с теоретической, но отстает от теоретических значений из за времени отклика измерительных инструментов.

Отклонения от предполагаемых паровых концентраций

Уравнения, используемые для расчета газовой концентрации в течение процесса био-деконтаминации с использованием пероксида водорода, предполагают, что пар и жидкость находятся в равновесии. Фактически, в течение газовой фазы цикла, когда образуется конденсат, и в фазе аэрации, когда он испаряется, пар и жидкость не могут быть в равновесии.

Рассмотрим фазу конденсации. В равновесном состоянии количество молекул, поступающих в жидкую фазу, и покидающих ее эквивалентны, и, следовательно, масса конденсата будет постоянной. И наоборот, пока образуется конденсат, количество молекул, поступающих в жидкую фазу, должно быть больше, чем покидающих ее, следовательно, пар и жидкость не находятся в равновесии.

Из этого следует, что для того, чтобы образовался конденсат, необходимо создать паровое давление выше, чем равновесное, но это еще не все. Если пар подается в камеру при температуре более высокой, чем температура стенок этой камеры, и, следовательно, чем температура конденсата, то эта более высокая температура будет означать то, что молекулы могут остаться в парообразном состоянии просто потому, что они обладают более высокой температурой. И, поэтому, можно ожидать, что в процессе газовой фазы цикла концентрация газа будет выше, чем предполагает равновесное значение. Различие между предполагаемым равновесным паровым давлением и измеренной концентрацией будет зависеть от размера камеры, температуры сопутствующего пара и скорости его доставки. Возможно, что эта разница будет достаточно большой и в маленьких камерах может достигать нескольких сотен ppm (промилле).

Также можно ожидать, что в течение фазы аэрации паровая концентрация будет меньше, чем предполагаемая уравнением равновесия. На этом этапе цикла жидкость испаряется и, следовательно, конденсат отдает молекулы, и применимы аргументы, обратные тем, что использовались для анализа процесса конденсации, но нет сомнений в том, что в течение процесса аэрации концентрация конденсата возрастает, и это может увеличить биологическую эффективность процесса.

Био-деконтаминация помещений

В больших объемах, таких, как комнаты, наблюдается намного более похожее состояние между высчитанным с помощью равновесных уравнений и измеренными значениями, но маловероятно, что мы увидим предполагаемый первоначальный пик концентрации.

В системах био-деконтаминации помещений производства BioQuell (RBDS® – Room Bio-Decontamination System) горячий пар подается в помещение на высокой скорости с помощью вращающихся сопел, обеспечивающих хорошее распределение во все части пространства. Внутри шлейфа пара, подаваемого вращающимися соплами, температура пара будет падать, создавая микросреду, в которой, вероятно, будут образовываться капли с высокой жидкой концентрацией. Эти капли будут вновь испаряться в распространяющемся по комнате шлейфе пара, пока в комнате не будет достигнута «точка росы». Следовательно, инструмент, измеряющий концентрацию пара в комнате, будет регистрировать постоянно возрастающие данные, пока не будет достигнуто насыщение. График демонстрирует типичную кривую, характеризующую концентрацию газа в помещении в течение процесса био-деконтаминации.

Практика против теории

Понимание физико-химической теории процесса био-деконтаминации пероксидом водорода очень полезно для оптимизации скорости испарения жидкости, потока транспортирующего газа, температуры доставляемых паров и времени наступления конденсации. Для всех этих параметров уравнения дают точные ответы. Но, так как уравнения предполагают, что пар и конденсат находятся в равновесии, всегда будет отличие между наблюдаемым результатом и предполагаемой концентрацией пара в течение газовой фазы цикла. Это не делает бесцельным использование этих уравнений для этой фазы, так как информация, полученная при их использовании, является указывающей, что можно ожидать от данного цикла в данных условиях, и поможет определить, не вышел ли процесс из под контроля.

Так как невозможно высчитать напрямую параметры и условия в течение газового цикла, BioQuell разработала некоторые компьютерные программы для обсчета этих повторяющихся вычислений. Эти вычисления используются для помощи в планировании газовых циклов и для оптимизации условий в течение процесса био-деконтаминации.

Сравнение с формальдегидом

Обеззараживание формальдегидом в течение многих лет являлось принятым процессом био-деконтаминации микробиологически безопасных помещений, комнат и камер, и, тем не менее, никогда не проводилось похожих анализов физической химии процесса, и, следовательно, оптимизация и разработка циклов намного сложнее, а в некоторых случаях и невозможна. Процесс также страдает из-за большой длительности воздействия, отложения остатков и необходимости создания условий повышенной влажности, ведущей к сильной конденсации, и много недавних событий доказало его канцерогенность.

Интересно отметить, что, хотя коммерческое применение пероксидного пара стало возможным лишь с 1990 года, на данный момент существует намного больше данных о его эффективности в специализированной литературе, чем по формальдегиду.

Выводы и итоги

Теоретическая работа, проведенная BioQuell, позволяет намного лучше понять физическую химию пероксида водорода и водяных паров, это, в свою очередь, позволило улучшить эффективность и уменьшить время циклов. В настоящее время парообразный пероксид водорода – это выбор фармацевтической индустрии, и была доказана его эффективность в уничтожении бактерий, сопротивляющихся антибиотикам.

Много было сказано насчет того, является ли процесс деконтаминации пероксидным паром сухим или мокрым, сейчас остались лишь небольшие сомнения в том, что наиболее эффективным является образование микроконденсата. Те, кто утверждает, что это «сухой» процесс, должны объяснить, почему намного сложнее достичь инактивации на горячих поверхностях. Предполагается, что для сухого газа уничтожение бактерий будет происходить быстрее при повышении температуры поверхности, так как это ускорит химические процессы, в то время как если это процесс конденсации – то, предположительно, уничтожение биосреды будет происходить быстрее, если поверхности будут более холодными, чтобы конденсат образовывался быстрее.

Ссылки:

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.

Поделиться:
Главная  |  Компания  |  Вопрос-ответ  |  Новости компании  |  События компании  |  Вакансии  |  Контакты  |  Бесплатная юридическая консультация


Группа компаний "Аптека-95"
Украина, 61001, г. Харьков, ул. Юрьевская, 17
Тел./факс: (057) 714-06-03, 768-09-15,
 768-09-16,768-09-17
                                                     

Факс
-сервер
: 719-15-83

Карта проезда


СТОМАТОЛОГИЧЕСКАЯ КЛИНИКА!



P.S. "Ничто так не  дается дешево
                  и не ценится окружающими
                                        дорого, как улыбка"   Д.Карнеги