专利名称：环氧乙烷灭菌时投药量的控制方法
环氧乙烷灭菌时投药量的控制方法是用于物体和材料消毒的。
在物体和材料的一般消毒方法中，环氧乙烷由于其灭菌温度仅为55℃左右，因而是一种非常重要而又常用的杀菌剂，它尤其适用于对精密光学仪器、出土文物等畏热畏湿、不能接触高温蒸汽的物品进行消毒。其一般的消毒过程是先将被消毒物品放入一个密封容器中，然后向这个容器内加入一定重量的环氧乙烷，保持灭菌温度在55℃左右，经过约5个小时即可达到灭菌目的。环氧乙烷的投药量在消毒学上给出的推荐值为550～600克/米3，现在的关键是如何恰当地去控制这个投药量。传统的方法一般有二种。第一种是根据密封消毒器的容积去算出环氧乙烷的用药量，再将所需的环氧乙烷事先密封在薄壁玻璃瓶中。消毒时，先将物品放入容器内然后把装好环氧乙烷的小瓶在容器中打碎，并立即把容器密封。这种方法的缺点是由于环氧乙烷是一种易爆、易燃的有毒危险气体，这种使用方法很不安全;另外，这种密封玻璃小瓶是由厂家批量生产的，所含环氧乙烷量是根据消毒容器的容积求出的，如果当消毒容器中物料的填充量较大时(一般的填充量为50～80%)，剩余空间的容积就很小了，而每瓶环氧乙烷的容量又是一定的，从而导致过量使用。环氧乙烷是一种有毒气体，往往在消毒后要挥发数十小时方可继续使用，如果浓度过大，就会大大延长其挥发时间，既费料又费时。另一种投药量的控制方法是先在环氧乙烷杀菌气中加入填充气，组成由环氧乙烷-氟里昂或由环氧乙烷-二氧化碳的混合气以达到防爆防燃的目的。通常这种混合杀菌气都是由厂家生产后贮存在高压气体钢瓶内供用户使用的。其投药过程如下在将物料放入消毒室后，再根据估算出来的消毒室的剩余容积算出所需的纯环氧乙烷量。再按照环氧乙烷与所填充气的混合比例求出所需混合气的重量。再在向消毒室注入混合气的同时称量钢瓶的容量，当其减少的重量与计算出的重量相等时，就停止投药。这种方法虽比较安全，但投药量不准，难以实现自动控制。
为了解决环氧乙烷灭菌时对混合杀菌气的投药量进行自动而精确的控制，本发明提出了一种环氧乙烷灭菌时以其灭菌浓度表示的投药量的计算机控制方法。
本发明认为传统的投药量的计算方法不是与消毒容器的容积有关就是与在消毒容器中加入填充物以后的剩余容积有关，因而无法采用现代的传感器技术和微机控制技术去实现环氧乙烷混合杀菌气投药的自动化和对投药量实行精确控制。另一方面，在使用环氧乙烷灭菌时，其灭菌温度为55℃，大大小于100℃，工作压力值又小于0.1MPa，符合理想气体状态方程式使用条件。而对于理想气体来说，只要其浓度一定，则其压力由其温度唯一地确定，而与体积无关，因而如果以气体的工作压力而不是其体积作参变量的话，就可以用压力传感器和微处理机来实现投药过程自动化和投药量的精确控制了。具体到在一个密封消毒室内用环氧乙烷混合杀菌气来进行消毒灭菌这一个过程而言，其气体压力由三部份叠加而成(1)是消毒室抽真空后残留空气的压力，它可以用压力传感器测定;(2)是环氧乙烷气体的压力;(3)是填充气的压力。在填充气确定后，只要根据环氧乙烷和填充气的重量比和环氧乙烷的浓度，就可分别计算出混合杀菌气的压力。在灭菌温度控制在55±0.5℃左右把密封消毒室内的气体总压力实测值和其计算值进行比较，就可用微机控制技术实现投药自动化和对投药量的精确控制了。
因此本发明的特征在于当灭菌温度、灭菌时环氧乙烷的浓度以及环氧乙烷和其填充气的重量比一定时以环氧乙烷灭菌浓度表示的混合杀菌气的投药量唯一地可以由密封消毒室抽真空后残留空气的和以后加入的环氧乙烷混合杀菌气的压力和来确定，其表达式如下(1)、P＝Pa+PmP-密封消毒室内气体总压力;
Pa-密封消毒室抽真空后残留空气的压力;
Pm-由环氧乙烷和填充气组成的混合杀菌气的压力。
(2)Pm= ( 1/44 + 1/(Ms·n) ) NRT其中，T-灭菌温度，控制在55±0.5℃内;
R-气体摩尔常数，R＝8.315J/K·mol;
N-环氧乙烷灭菌浓度，推荐值为550～600g/m3;
n-环氧乙烷与填充气的重量比，随产品提供;
MS-填充气的摩尔质量，填充气确定后，其值一定。
这是因为根据理想气体状态方程式PV＝nRT其中P-压力;V-容积(体积)，n-摩尔数;R-摩尔气体常数;T-绝对温度。
因为n＝ (W)/(M) W-气体质量，M-气体的摩尔质量，
故PV＝ (W)/(M) RT在用环氧乙烷混合杀菌气消毒时，其灭菌温度小于100℃，工作压力小于0.1MPa，符合理想气体状态方程式的使用条件，故可把上述方程变形为P′＝ (W)/(VM) RTP′-消毒室该纯气体分压力;W-纯气体重量;
M-该气体的摩尔质量，R-摩尔气体常数，T-该气体的绝对温度，V-消毒室加入填充物后的剩余容积。
根据道尔顿(J.Dalton)分压定律;气体混合物的总压力等于各个组分气体所施加压力的总和。在本发明中P＝Pm+Pa，已如上述。
其中Pm = Pc2H4o + PsPc2H4o环氧乙烷的气体压力Pc2H4o = (Wc2H4o)/(Mc2H4oV) RTWc2H4o环氧乙烷气体的质量Wc2H4o环氧乙烷气体的摩尔质量，为44g/molWc2H4o = NVN环氧乙烷的灭菌浓度Ps填充气的气体压力Ps= (Ws)/(MsV) RT WS填充气的质量MS填充气的摩尔质量但已知 (Wc2H4o)/(Ws) = n n即混合杀菌气的混合重量比。
把上述各值代入Pm的公式，得Pm= ( 1/44 + 1/(Ms·n) ) NRT(3)、Pm= ( 1/44 + 1/(Ms·n) ) NRT + Pa由于Pa可实测得到，MS，n在填充气确定后是一定的，故消毒室气体总压力可以由灭菌温度T唯一地确定，当P的计算值与实测值相等时，( 1/44 + 1/(Ms·n) )这个量就是一个与事先选定的环氧乙烷灭菌浓度成比例的量。这就表示此时投药量已达到设计要求，投药过程就宣告终止了。
我们采用混合气重量比为环氧乙烷∶氟利昂＝12∶88(重量比)的混合杀菌气在北京工业大学京天技术装备实验厂的“MF-Ⅱ型全自动多功能灭菌器”上进行灭菌试验，经过北京市卫生防疫站对28锅次生物灭菌试验的检测，其灭菌效果皆为100%。
在结合实施例作进一步叙述以前，先把本申请文件所使用的附图名称及其编号简述于下
图1、用环氧乙烷灭菌的微机自动控制硬件框图;
图2、与图1相应的软件流程图;
实施例采用混合比为环氧乙烷∶氟里昂＝12∶88的混合杀菌气，灭菌时环氧乙烷浓度为600g/m3，灭菌温度控制在55℃。氟利昂的摩尔质量MS＝137.5g/mol。
在图1中1是温度传感器，采用AD590KH精密温度传感器;2是压力传感器，采用MP×2000D压力传感器;3是切换开关，4是模/数(A/D)变换器，3和4共用一块ADC0809芯片;5是中央控制器CPU，采用Intel8031八位单片微处理机;6是消毒室夹套，7是真空泵，8是加热控制阀，9是环氧乙烷进气阀，10是抽真空排汽口，11是高温蒸汽入口。12是接口及驱动电路。13是环氧乙烷混合杀菌气入口。
现结合图1及图2对本发明进行说明首先根据下列数值算出PmMS＝137.5g/mol，n＝ 12/88 ，N＝600g/m3R＝8.315J/K·mol，T＝273.15+55＝328.15(K)得 Pm＝124.5KPa，把此值编写在固定的计算机程序中。
CPU起动环氧乙烷投药量控制程序，切换开关3倒向温度传感器输出，把灭菌温度控制在55±0.5℃以内。其方法是先从高温蒸汽入口11向夹套6通入蒸汽，CPU通过驱动电路12来开启或关闭加热控制阀8以调节消毒室的温度，准确地控制在55℃。
接着起动真空泵7开始抽真空，约15分钟后停抽，关闭真空泵，此时计算机读出残留空气的压力Pa并贮存起来。再开启环氧乙烷进气阀9，投入环氧乙烷混合杀菌气，此时CPU通过压力传感器2，不断检测消毒室内的气体总压力P，并将P与存入计算机的Pm+Pa值比较，与此同时，CPU还要不断检测并控制灭菌室温度T，一直到P实测值与计算机内的Pm+Pa值相等，由CPU下令驱动电路12关闭环氧乙烷进气阀，宣告环氧乙烷混合杀菌气投药量控制结束。
权利要求
1.一种环氧乙烷灭菌时投药量的控制方法，其特征在于，当灭菌温度、灭菌时环氧乙烷的浓度以及环氧乙烷和其填充气的重量比一定时，以环氧乙烷灭菌浓度表示的混合杀菌气的投药量唯一地可以由密封消毒室抽真空后残留空气的和以后加入的环氧乙烷混合杀菌气的压力和来确定，其表达式如下(1)、P=Pa+PmPa-密封消毒室抽真空后残留空气的压力；Pm-由环氧乙烷和填充气组成的混合杀菌气的压力；P-密封消毒室内气体总压力；(2)、Pm= ( 1/44 + 1/(Ms·n) ) NRTT-灭菌温度，一般为55℃左右；R-气体摩尔常数，R=8.315J/K-molN-环氧乙烷灭菌浓度，推荐值为550～600g/m3n-环氧乙烷和填充气的重量比，由生产厂家提供；Ms-填充气的摩尔质量。(3)、Pm= ( 1/44 + 1/(Ms·h) ) NRT+ Pa其中( 1/44 + 1/(Ms ·h) )N就是一个与事先选定的环氧乙烷灭菌浓度成比例的一个量。
全文摘要
环氧乙烷灭菌时投药量的控制方法用于怕热、怕湿物料的消毒。传统的投药量计算方法都与体积有关因而无法实现投药自动化和对投药量精确控制。本发明提出的方法在温度、灭菌时环氧乙烷的浓度以及环氧乙烷与其填充气的比例一定时，使环氧乙烷以灭菌浓度表示的混合气的投入量唯一地可以由消毒室抽真空后的残留空气的与混合气的压力和确定，从而对投药过程实现了计算机控制，保证了精确投药。
文档编号A61L2/20GK1056247SQ9010236
公开日1991年11月20日 申请日期1990年5月4日 优先权日1990年5月4日
发明者陈勰, 苏刚 申请人:北京工业大学京天技术装备实验厂