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了，那么vapor究竟是什么狀態？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，固(solid)、液(liquid)、氣(gas)。而vapor，科學的定義是氣態狀態在溫度低于其臨界點的狀態，同時以氣態和液態存在。當溫度低于露點溫度，氣態就凝結成霧，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生器，生成的過氧化氫vapor都是由H2O2和H2O的分別在氣態和液態兩種狀態下的混合物[1]。也許會有人認為發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。而這在實際應用的環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處于一個非穩定、始終在變化的狀態。

　　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境中，與目標環境中的空氣混合后，力求在新的環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，通過氣體狀態和液體狀態的相互轉變而達到的。

　　從化學角度來講，過氧化氫汽化狀態下比液體更容易發生分解，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。

　　就是這種不穩定的狀態，使得我們在現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下都能夠具有殺滅微生物的能力。并且有理論依據支持在Vapor狀態下，液態的那一部分H2O2相對氣態的H2O2殺滅效果來得更快。

　　H2O2液態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在滅菌環境中凝結總會存在，只是多少的問題。而H2O2比H2O先發生凝結，這就使得物體表面的過氧化氫濃度比蒸發前的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狀態以及其滅菌過程中凝結總會發生的機理的前提下，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。其中過氧化氫蒸發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境(隔離器、房間)的方式決定了H2O2和H2O的Vapor狀態的變化。例如，利用管路傳送，如果沒有進行保溫，背景環境溫度又相對較低，那么滅菌蒸汽會在管道內部產生凝結。傳遞到目標環境中的Vapor中含有的H2O2就會相對降低。

　　此外，傳送到環境的氣流速度，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境中氣流的狀態，使得局部的過氧汽化氣體無法到達這些部位。

　　第四，目標環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發生器廠家的做法，有的以濃度為依據，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的參數，檢測其濃度卻是必須的。可以通過濃度的數據分析滅菌循環中的問題。

　　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。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。文獻[5]中通過不同溫度和初始環境濕度條件下，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與氣態的混合物，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。

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