公众号：制剂车间
本文主要讨论的是近乎接近于常压的过氧化氢消毒方法，与低压过氧化氢消毒和以气溶胶形式引入过氧化氢消毒的实施方式上有所不同，因此这两种不在本文讨论的范围内。
自20世纪80年代末以来，过氧化氢在全球医疗行业发挥着越来越重要的作用，它可以通过多种方式应用（如闪蒸、气溶胶、电离等等），这些方式统称为“气相过氧化氢处理”。与其他方法相比，气相过氧化氢处理具有显著的优势，因为它分解之后产生的水和氧气，不会留下残留物，并且具有广泛的杀菌效果。设计相同的气相过氧化氢工艺，有的叫“去污”，有的叫“灭菌”。关于是叫“灭菌”还是叫“去污”，在过氧化氢空间消毒技术（1）中有过阐述，在后面我们还会出一篇关于“VHP灭菌与生物去污技术的定义--共性与差异”。
1、气体、液体与蒸汽
为了更好地理解气相过氧化氢的工艺，关键是要了解气体、液体以及常被误解的蒸汽之间的关系。蒸汽是指温度低于其临界温度的气体，它与液相处于平衡状态。下图是水的三相图：
从图中可以看出当增加压力或者降低温度时，气相会凝结成液相。气相中该物质的浓度遵循道尔顿定律：
P=P1+P2+......+Pn
以及
Xn=Pn/P
其中：
p为系统的总压力
Pn为该物质在气相中的分压
Xn为气体中该物质的摩尔分数
根据拉乌尔定律与道尔顿定律：在相平衡条件下，物质在气相中的分压等于其在液相中的平衡蒸汽压。当液相与气相达到动态平衡时，液相中物质的蒸发速率与气相中物质的凝结速率相等。
其中：
yn为物质在液相中的摩尔分数P^0n 为物质的气压，取决于温度
这些关系以及对所研究物质（本例中为过氧化氢）物理性质的理解，可以用来确定在已知温度和压力条件下，该物质在液相和气相中的平衡浓度，这一点很重要，因为在气相中，两种相都存在，且每种相中的过氧化氢消毒能力可能不同。
当我们观察一朵云时，我们会看到白色的液体（水）悬浮在空气中，并与处在气态的水蒸气处于平衡的状态。改变温度，云的大小和密度也会随之变化。假设云被加热，液滴会逐渐蒸发，变得太小而无法被看到，最终云会消失。如果继续加热，其中的液态物质会完全转化为气态。通过降温，这一过程是可逆的。
过氧化氢作为消毒剂/杀菌剂的应用也是依赖于同样的原理：将过氧化氢溶解于水，加热至沸点后将其引入干燥的空气中。这些高温蒸汽可以直接通过HEPA或者采用移动小车形式，直接进入目标环境。根据温度、空气流速、被消毒/灭菌体积以及蒸发的溶液量不同，可能会发生冷凝现象，这种冷凝有可能是可见的，也有可能是不可见的。在蒸汽处理过程，首先进行加热，确保所有的液态过氧化氢和水混合物完全转化为汽态，然后再将加热后的蒸汽引入到目标系统中。
系统的温度只有在极小的封闭空间中才会显著升高，尽管如此，系统内的温度即会在不同区域之间发生变化，也会在整个过程中有所波动。所有过氧化氢蒸汽系统，无论其具体工艺如何设计，都具有一些相同的特性：
- 无论外观如何，都可能存在两种不同的相；
- 这些过程在整个系统无法到达稳态条件（在很多系统中，在调节和灭菌期间，过氧化氢会不断的引入到系统中）；
- 在系统运行过程中，过氧化氢浓度、相对湿度和温度在整个区域内并不能保持恒定；
- 在整个过程中，由于相态、温度和相对湿度的局部变化，系统中各相中过氧化氢和水的浓度会不断变化；
- 由于这些变化难以（甚至无法）进行测量，因此工艺过程无法通过物理测量方法来精确界定；
- 实现微生物杀灭的阶段和条件尚不清楚（这条后面会详细说明）。
看到这里，是不是“小朋友有很多的问号？”，澄清一下：在使用过氧化氢处理的过程，不论是测温度、测湿度还是测浓度，均是在宏观的角度进行，物理测量的方式只能在某个点（宏观的点）进行，不能在所有点都能测量的到。在非理想条件下，在同一系统中也不可能保持恒定。这里为什么强调宏观，对于微生物而言，小到肉眼观察不到，在微观条件下，如果过氧化氢的浓度达不到要求，也就无法有效杀灭微生物。
2、灭菌过程D值
在考虑针对过氧化氢蒸汽灭菌/消毒所需的参数设置之间，了解灭菌背后的一些基本原理是有帮助的。微生物杀灭过程中的一个关键步骤是确定D值，因为这可以用来计算灭菌暴露过程的时间。D值是将微生物数量减少一个对数单位（即90%）所需的时间（通常以分钟为单位），并且必须与挑战指示位置处的特定杀灭条件相关联（见图1）。由于暴露条件的变化会导致杀灭速率的不同（如图1所示的死亡曲线斜率不同），因此必须准确确定这些条件。
图1 理想死亡曲线和D值确定
在热处理过程中，D值很容易确定，其中温度是唯一影响致死性的工艺变量。热处理过程中的D值表示为DT, 其中T为表示灭菌温度。如果在不同的温度下评估D值，可以估算出Z值（使某一种微生物的D值下降一个对数单位时，灭菌温度应升高的度数），从而根据实际工艺中的不同暴露温度进行致死性计算。
气体和液态工艺过程
D值的测定可以应用于气体和液体的灭菌过程，这些过程的杀菌速率（或死亡曲线）受到的影响因素比热力灭菌过程更多。对于气体灭菌过程而言，气体浓度、相对湿度和温度决定了杀菌速率，在气体灭菌过程，整个运行期间以及所处封闭系统内，通常具有相对稳定的条件。由于缺乏综合考虑浓度、相对湿度和温度变化等精确致死性计算方法，“半周期”方法被广泛用于验证灭菌过程的有效性。“半周期”指的是能够使单位体积内含有10^6个已知对灭菌方法具有抗性的孢子的生物指示剂失活的工艺。在实际应用中，该工艺的周期会被加倍（常规周期），以确保生物指示剂内孢子数量减少至少12个对数单位，从而提供额外的保障。
气相过程
蒸汽灭菌过程相关的工艺条件中存在不可避免的相变和浓度变化，由于无法确定杀菌时的具体相态，因此无法准确确定D值，这样以来，浓度和相对湿度也就无法确定。在没有准确D值的情况下，传统的工艺暴露时间确定方法就显得不可靠。生物指示剂制造商会在说明书上提供D值，但这些D值实际上并非真正的D值。这些D值并非基于暴露条件，而是基于过氧化氢注射速率或者其他衡量过氧化氢蒸汽引入量的指标。
由于用户的实际灭菌系统在尺寸、浓度、温度以及湿度等条件上与生产商的测试系统存在差异，因此直接套用生产商提供的D值来推算用户系统中灭菌暴露时间是不合适的，并且存在一定风险。
由于气相系统内部工艺条件存在不可避免的变化，使得灭菌循环开发过程变得更加复杂，由于缺乏均匀的工艺条件，因此无法确定系统中“最差条件”的发生位置，这进一步增加了复杂性。在气相灭菌过程中，通常采用测量过氧化氢浓度的仪器实时测量并进行分析，但在两相系统中，应用效果是有限的，尤其是在不断变化的目标环境中。采用浓度测量仪器对测量气相中的过氧化氢浓度能够提供一定信息，但对于测量液相中过氧化氢的浓度几乎丝毫没有帮助。
针对在用户灭菌系统中无法使用供应商提供的D值这一问题，有人提出“系统D值”，就是通过用户自己的灭菌系统来估算“系统D值”。但是这种做法也不正确，因为用户的实际使用环境通常远大于制造商的测试系统，且内部更加复杂，因此“系统D值”无法可靠地预测各个位置或整个系统内的实际情况。要准确的确定D值，需要在已知且恒定的条件下进行多次重复实验，但是在大规模的系统中，这两个条件都很难实现。
将适用于纯气体处理条件的“系统D值”应用于充满复杂性的多相系统中并不合适，由于多相系统依赖于多种物理参数，因此这种方法根本无法实际作用。
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