汽化過氧化氫滅菌效果影響因素分析

　　汽化過氧化氫滅菌，目前大多數(shù)用戶都將其稱為“VHP”，即Vaporized Hydrogen Peroxide的縮寫。但其實VHP是美國一家公司對這種滅菌產品的注冊商標。而在法規(guī)上，USP將其稱為“VPHP，Vapor Phase Hydrogen Peroxide”。無論如何表述，“Vapor”已經被定義為這種滅菌介質的狀態(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？

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

　　無論用的是什么汽化過氧化氫發(fā)生器，生成的過氧化氫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]。也許會有人認為發(fā)生器生產的過氧化氫是肉眼看不到的氣體(gas)而不是熱氣騰騰的可見蒸汽(steam)。但是事實上30%~35%的過氧汽化溶液的沸點是108℃，也就是說溫度要達到108℃以上的溫度時，才能維持在氣體狀態(tài)。而這在實際應用的環(huán)境條件下是不可能的。下圖為不同 (質量百分比) 濃度的過氧化氫溶液的沸點。

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

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

　　從化學角度來講，過氧化氫汽化狀態(tài)下比液體更容易發(fā)生分解，得到H2O和氧氣兩種產物。

　　從微生物反應來說，微生物的存在加快了過氧化氫的分解，在其氧化性的作用下，對微生物產生殺滅作用。

　　就是這種不穩(wěn)定的狀態(tài)，使得我們在現(xiàn)有的技術條件下幾乎沒有辦法確切的知道各個位置下的濃度。但幸運的是，過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相對氣態(tài)的H2O2殺滅效果來得更快。

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

　　滅菌效果的因素由哪些？

　　在理解了什么是Vapor狀態(tài)以及其滅菌過程中凝結總會發(fā)生的機理的前提下，滅菌效果影響因素自然就會推導出來。

　　首先，從產生H2O2和H2O的Vapor的條件開始，產生的Vapor的溫度，過氧化氫溶液的濃度決定了Vapor的狀態(tài)。其中過氧化氫蒸發(fā)速率也會對滅菌效果產生影響。

　　其二，將滅菌氣體傳送到目標環(huán)境(隔離器、房間)的方式決定了H2O2和H2O的Vapor狀態(tài)的變化。例如，利用管路傳送，如果沒有進行保溫，背景環(huán)境溫度又相對較低，那么滅菌蒸汽會在管道內部產生凝結。傳遞到目標環(huán)境中的Vapor中含有的H2O2就會相對降低。

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

　　第三，目標環(huán)境的溫度過高或者溫度不均勻，會造成滅菌氣體在表面產生凝結的不均勻。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、灌裝機等設備的CIP/ SIP功能，會造成局部表面的高溫，需要待這些位置冷卻(一般低于40℃)才能進行汽化過氧化氫滅菌[3]。另外，高溫會由于熱輻射改變環(huán)境中氣流的狀態(tài)，使得局部的過氧汽化氣體無法到達這些部位。

　　第四，目標環(huán)境的初始相對濕度過高，與H2O2和H2O滅菌氣體混合后，含H2O的比例會增高，那么對于滅菌過程中產生的凝結可能會過量，而且凝結的過氧化氫液體濃度相對會較低。下圖顯示了在不同溫度和初始濕度條件下產生凝結的過氧化氫濃度[4]。濕度的均勻性會受溫度均勻性影響，溫度高的表面相對局部的濕度也會偏低一些。

　　第五，汽化過氧化氫的濃度。在滅菌過程中，過氧化氫本身在不斷產生，同時也在不斷分解。維持過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)，有的以凝結量為考慮。無論哪一種檢測方法都存在“如何選擇具有代表性的檢測位點”問題。這確實是這項技術的難點。由于檢測技術的局限性，目前大多使用電化學的過氧化氫濃度傳感器作為檢測手段。

　　但是需要注意的是，該傳感器檢測出的只是空間中Vapor的過氧化氫的濃度，但表面凝結的過氧化氫濃度是未知的，而真正作用的卻是這部分未知的過氧化氫。從以下兩個曲線就可以看出檢測空間中過氧化氫濃度的局限性。(a)圖中由于凝結量較大，使得一部分過氧化氫凝結到了表面，而空間中存在的過氧化氫量減少，這就是為什么不斷地繼續(xù)注入過氧化氫，檢測到的量卻會越來越少。(b)圖中，凝結量偏少，因此過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明滅菌效果的好壞。但是作為一個滅菌循環(huán)的參數(shù)，檢測其濃度卻是必須的。可以通過濃度的數(shù)據(jù)分析滅菌循環(huán)中的問題。

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

　　觀點總結

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

　　2.濃度不是直接影響滅菌效果的參數(shù)。

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