汽化过氧化氢灭菌效果影响因素分析

汽化过氧化氢灭菌效果影响因素分析

汽化过氧化氢灭菌，目前大多数用户都将其称为“VHP”，即Vaporized Hydrogen Peroxide的缩写。但其实VHP是美国一家公司对这种灭菌产品的注册商标。而在法规上，USP将其称为“VPHP，Vapor Phase Hydrogen Peroxide”。无论如何表述，“Vapor”已经被定义为这种灭菌介质的状态了，那么vapor究竟是什么状态？是气体（gas），还是蒸汽（steam）？在灭菌过程中哪些是影响灭菌效果的因素？

什么是Vapor？

我们都知道物质有三态，固（solid）、液（liquid）、气（gas）。而vapor，科学的定义是气态状态在温度低于其临界点的状态，同时以气态和液态存在。当温度低于露点温度，气态就凝结成雾，甚至可以在低温的表面凝结成液滴。

无论用的是什么汽化过氧化氢发生器，生成的过氧化氢vapor都是由H2O2和H2O的分别在气态和液态两种状态下的混合物[1]。也许会有人认为发生器生产的过氧化氢是肉眼看不到的气体（gas）而不是热气腾腾的可见蒸汽（steam）。但是事实上30%~35%的过氧汽化溶液的沸点是108℃，也就是说温度要达到108℃以上的温度时，才能维持在气体状态。而这在实际应用的环境条件下是不可能的。下图为不同 (质量百分比) 浓度的过氧化氢溶液的沸点。

       另一个使汽化过氧化氢灭菌这种方式很“神秘”的原因，就是生成的这种Vapor处于一个非稳定、始终在变化的状态。

从物理角度来讲，过氧化氢溶液在汽化后产生的H2O2和H2O混合蒸汽（气）以一定的方式传送到待灭菌的目标环境中，与目标环境中的空气混合后，力求在新的环境条件下重新达到平衡。这种平衡是在温度与湿度的条件下，通过气体状态和液体状态的相互转变而达到的。

从化学角度来讲，过氧化氢汽化状态下比液体更容易发生分解，得到H2O和氧气两种产物。

从微生物反应来说，微生物的存在加快了过氧化氢的分解，在其氧化性的作用下，对微生物产生杀灭作用。

就是这种不稳定的状态，使得我们在现有的技术条件下几乎没有办法确切的知道各个位置下的浓度。但幸运的是，过氧化氢在气体和液体状态下都能够具有杀灭微生物的能力。并且有理论依据支持在Vapor状态下，液态的那一部分H2O2相对气态的H2O2杀灭效果来得更快。

H2O2液态条件下的浓度始终都会更高，这个是由H2O2溶液的表面蒸汽压所决定的。无论我们是否接受，灭菌过程中H2O2和H2O的Vapor在灭菌环境中凝结总会存在，只是多少的问题。而H2O2比H2O先发生凝结，这就使得物体表面的过氧化氢浓度比蒸发前的30%的过氧化氢的溶液浓度来得更高。

灭菌效果的因素由哪些？

在理解了什么是Vapor状态以及其灭菌过程中凝结总会发生的机理的前提下，灭菌效果影响因素自然就会推导出来。

首先，从产生H2O2和H2O的Vapor的条件开始，产生的Vapor的温度，过氧化氢溶液的浓度决定了Vapor的状态。其中过氧化氢蒸发速率也会对灭菌效果产生影响。

其二，将灭菌气体传送到目标环境（隔离器、房间）的方式决定了H2O2和H2O的Vapor状态的变化。例如，利用管路传送，如果没有进行保温，背景环境温度又相对较低，那么灭菌蒸汽会在管道内部产生凝结。传递到目标环境中的Vapor中含有的H2O2就会相对降低。

此外，传送到环境的气流速度，气流形式会造成过氧化氢灭菌气体分布的不均匀。

第三，目标环境的温度过高或者温度不均匀，会造成灭菌气体在表面产生凝结的不均匀。一般温度+/-2.5℃是能被接受的范围。需要注意的是那些环境中的高温表面，例如，冻干机、灌装机等设备的CIP/ SIP功能，会造成局部表面的高温，需要待这些位置冷却（一般低于40℃）才能进行汽化过氧化氢灭菌[3]。另外，高温会由于热辐射改变环境中气流的状态，使得局部的过氧汽化气体无法到达这些部位。

第四，目标环境的初始相对湿度过高，与H2O2和H2O灭菌气体混合后，含H2O的比例会增高，那么对于灭菌过程中产生的凝结可能会过量，而且凝结的过氧化氢液体浓度相对会较低。下图显示了在不同温度和初始湿度条件下产生凝结的过氧化氢浓度[4]。湿度的均匀性会受温度均匀性影响，温度高的表面相对局部的湿度也会偏低一些。

第五，汽化过氧化氢的浓度。在灭菌过程中，过氧化氢本身在不断产生，同时也在不断分解。维持过氧化氢在一定的水平是大多数发生器厂家的做法，有的以浓度为依据，有的以凝结量为考虑。无论哪一种检测方法都存在“如何选择具有代表性的检测位点”问题。这确实是这项技术的难点。由于检测技术的局限性，目前大多使用电化学的过氧化氢浓度传感器作为检测手段。

但是需要注意的是，该传感器检测出的只是空间中Vapor的过氧化氢的浓度，但表面凝结的过氧化氢浓度是未知的，而真正作用的却是这部分未知的过氧化氢。从以下两个曲线就可以看出检测空间中过氧化氢浓度的局限性。（a）图中由于凝结量较大，使得一部分过氧化氢凝结到了表面，而空间中存在的过氧化氢量减少，这就是为什么不断地继续注入过氧化氢，检测到的量却会越来越少。（b）图中，凝结量偏少，因此过氧化氢浓度能始终维持在较高的水平。从这就可以看出，空间中的浓度并不能直接说明灭菌效果的好坏。但是作为一个灭菌循环的参数，检测其浓度却是必须的。可以通过浓度的数据分析灭菌循环中的问题。

第六、过氧化氢的用量是灭菌过程中较为可靠也是较为可控的参数。因此过氧化氢的总用量对于灭菌的效果而言是关键的参数。文献[5]中通过不同温度和初始环境湿度条件下，对比了不同过氧化氢注入量对微生物杀灭效果。结论是无论环境初始的相对湿度、温度如何变化，Zui终决定是否能达到微生物杀灭的参数是过氧化氢的用量。

观点总结

1.汽化的过氧化氢是过氧化氢和水在液态与气态的混合物，灭菌过程中凝结不可避免，但是过量的凝结是需要避免的。

2.浓度不是直接影响灭菌效果的参数。

3.灭菌效果是过氧化氢溶液浓度、汽化状态、过氧化氢溶液用量、目标环境温湿度条件、装载条件、材料[6]等综合的影响结果。