Messinstrumente, die gegen die korrosive Wirkung von H2O2 resistent sind

Feuchtigkeits- und Temperaturkontrolle in "Wasserstoffperoxid (H2O2) industriellen Prozessen"

Wasserstoffperoxid (H2O2) ist eine vielseitige Chemikalie, die aufgrund ihrer starken Oxidations- und Desinfektionswirkung in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt wird. Zu den Hauptanwendungen gehören Bleichen, Wasser- und Abwasseraufbereitung, Zellstoff- und Papierherstellung, chemische Synthese und Dekontamination von biologisch gefährlichen Materialien. H2O2 hat sich als wirksame und sichere Alternative zu häufig verwendeten Chemikalien wie Bleichmitteln auf Chlorbasis erwiesen, mit dem Vorteil, dass beim Abbau weniger Umwelt- und Personenrisiken durch schädliche Nebenprodukte entstehen.

Dekontaminations- und Sterilisationsverfahren für biologisch gefährliches Material

In diesem Blog befassen wir uns mit der Feuchtigkeits- und Temperaturkontrolle im Rahmen von Biodekontaminations- und Sterilisationsprozessen, bei denen das Vorhandensein von Mikroorganismen in einer bestimmten Umgebung oder auf einer bestimmten Oberfläche mit Hilfe von Wasserstoffperoxid reduziert oder beseitigt wird. Dieser Prozess wird in der Regel in Inkubatoren, Isolatoren, Labors und medizinischen Diagnosegeräten durchgeführt. Wir werden den Prozess und die verschiedenen Phasen der Dekontamination erläutern und zeigen, wie wir eine stabile Lösung zur Messung der Effektivität des Dekontaminationsprozesses anbieten können!

Bei der Biodekontamination kann Wasserstoffperoxid je nach Art der Mikroorganismen in verschiedenen Formen verwendet werden, z. B. als Dampf, Flüssigkeit oder Gas. Einer der Vorteile ist seine Fähigkeit, ein breites Spektrum von Mikroorganismen schnell und wirksam abzutöten, darunter Bakterien, Viren, Sporen, Pilze und biologisch gefährliche Materialien wie Blut, Körperflüssigkeiten und andere organische Stoffe, die mit Krankheitserregern kontaminiert sein können. Die Wirkung beruht auf der Aufspaltung in Wasser und Sauerstoff, wobei freie Radikale entstehen, die die Zellmembranen, die DNA und andere Zellbestandteile aller Mikroorganismen tödlich schädigen.

Verdampftes Wasserstoffperoxid (VHP)

Eine der beliebtesten Methoden zur Verwendung von Wasserstoffperoxid für die biologische Dekontamination ist die Sterilisation mit verdampftem Wasserstoffperoxid (VHP). Bei diesem Verfahren wird ein feiner Nebel aus Wasserstoffperoxiddampf erzeugt, der dann in dem zu dekontaminierenden Bereich umgewälzt wird. Der Wasserstoffperoxiddampf durchdringt alle Oberflächen und tötet vorhandene Mikroorganismen ab.

Wenn H2O2 als Dekontaminationsmittel in Dampfform verwendet wird, entstehen als Hauptnebenprodukte Wasser (H2O) und Sauerstoff (O2). Theoretisch sind diese Nebenprodukte ungiftig und stellen kein signifikantes Risiko für die menschliche Gesundheit oder die Umwelt dar:

In einigen Fällen können jedoch andere, weniger bedeutende Nebenprodukte wie Hydroxylradikale (OH) oder Peressigsäure (PAA) entstehen, je nach der Konzentration des verwendeten H2O2 und den Umgebungsbedingungen. Auch diese Nebenprodukte sind bei den niedrigen Konzentrationen, die typischerweise für die Dekontamination verwendet werden, relativ harmlos. Dennoch ist es wichtig, den Dekontaminationsprozess ordnungsgemäß zu belüften und zu überwachen, um sicherzustellen, dass alle Nebenprodukte auf einem sicheren Niveau gehalten werden.

Zersetzung von VHP

Wasserstoffperoxid kann sich bei unterschiedlichen Temperaturen zersetzen oder zerfallen, was von verschiedenen Faktoren wie der Konzentration der Lösung, dem Vorhandensein von Katalysatoren oder Stabilisatoren und der Dauer der Hitzeeinwirkung abhängt. Im Allgemeinen nimmt die Zersetzungsrate von H2O2 mit steigender Temperatur zu.

Bei Raumtemperatur kann sich reines Wasserstoffperoxid sehr langsam zersetzen, mit einer Halbwertszeit von etwa einem Jahr bei 20 °C. Bei höheren Temperaturen nimmt die Zersetzungsgeschwindigkeit jedoch deutlich zu. Bei 50 °C beispielsweise beträgt die Halbwertszeit einer 30 %igen Wasserstoffperoxidlösung etwa 60 Stunden!

Wird Wasserstoffperoxid schnell auf eine hohe Temperatur erhitzt, kann es sich explosionsartig zersetzen. Wird es zum Beispiel in einem verschlossenen Behälter auf seinen Siedepunkt (150,2 °C) erhitzt, kann es schnell Druck aufbauen und explodieren.

Daher ist es wichtig, mit Wasserstoffperoxid vorsichtig umzugehen und beim Erhitzen oder Lagern geeignete Sicherheitsmaßnahmen zu ergreifen sowie die Luftfeuchtigkeit und Temperatur zu kontrollieren.

Die 4 Phasen eines VHP-Dekontaminationszyklus

Der Dekontaminationsprozess kann in drei Phasen unterteilt werden, die Vorbereitungsphase, die Dekontaminationsphase und die Überprüfungsphase:

1. Vorkonditionierung
Der zu dekontaminierende Bereich oder das Material wird durch Kontrolle der Temperatur, der relativen Luftfeuchtigkeit und der Luftqualität vorbereitet. In dieser Phase wird sichergestellt, dass die optimale Wasserstoffperoxidkonzentration für eine wirksame Dekontamination erreicht wird.

2. Entfeuchtung
Diffusionsphase - H2O2 wird in den Bereich oder auf das zu kontaminierende Material eingebracht. Dies kann mit dampfförmigem oder aerosoliertem H2O2 geschehen. Die jeweilige Konzentration und Dauer der Dekontaminationsphase hängt von der Art und Menge der vorhandenen Schadstoffe sowie von der Größe und Komplexität des zu dekontaminierenden Bereichs oder Materials ab.

3. Injektion: Dekontamination
Diffusionsphase - H2O2 wird in den Bereich oder auf das zu dekontaminierende Material eingebracht. Dies kann mit dampfförmigem oder aerosoliertem H2O2 geschehen. Die jeweilige Konzentration und Dauer der Dekontaminationsphase hängt von der Art und Menge der vorhandenen Verunreinigungen sowie der Größe und Komplexität des zu dekontaminierenden Bereichs oder Materials ab.

4. Nachkonditionierung
Der Bereich oder das Material wird nun belüftet oder das H2O2 katalysiert, um die Wasserstoffperoxidkonzentration auf ein sicheres Niveau zu senken. Dies wird hauptsächlich durch die Zufuhr von Frischluft, den Einsatz von Luftfiltern oder die Katalyse des H2O2 erreicht. Die Dauer dieser Phase hängt von der eingeleiteten Wasserstoffperoxidkonzentration und dem Verfahren zur Konditionierung der Luft auf ein sicheres Niveau ab.

Überprüfung der Wirksamkeit des Dekontaminationsverfahrens

Wenn ein Prozess in hohem Maße wiederholbar ist und genau kontrolliert wird, kann man den Erfolg eines H2O2-Dekontaminationszyklus anhand spezifischer Messungen der Luftfeuchtigkeit und der Temperatur beurteilen. Denn die H2O2-Injektion mit verdampftem H2O2 beeinflusst die Luftfeuchtigkeit und die Temperatur in einem Raum. Eine genaue Messung dieser Parameter vor und nach dem Dekontaminationszyklus kann helfen festzustellen, ob das gewünschte Niveau erreicht wurde.

Oft wird auch direkt die H2O2-Konzentration in der Luft gemessen, wobei ein geeignetes H2O2-Messgerät verwendet wird. Es ist jedoch zu beachten, dass die Messung der H2O2 Konzentration in der Luft nicht unbedingt ausreicht, um den Erfolg eines H2O2-Verfahrens zu beurteilen, da auch andere Faktoren wie die Raumgröße, die Dauer der Sterilisation und die verwendete H2O2-Konzentration den Erfolg beeinflussen können.

Überwachung von Luftfeuchtigkeit und Temperatur

Es ist wichtig, Luftfeuchtigkeit und Temperatur zu messen, da Wasserstoffperoxid eine reaktive Chemikalie ist, die sich unter bestimmten Bedingungen zersetzen oder abbauen kann. Hohe Temperaturen und hohe Luftfeuchtigkeit können die Zersetzung von Wasserstoffperoxid beschleunigen, was zu einem Verlust an Wirksamkeit und Effektivität führt. Darüber hinaus kann Wasserstoffperoxid mit anderen Stoffen, wie z. B. Metallen, reagieren. In Gegenwart von Feuchtigkeit können Nebenprodukte entstehen, die schädlich sein können.

Daher ist es entscheidend, die Temperatur und Feuchtigkeit bei der Lagerung und Handhabung von Wasserstoffperoxid zu kontrollieren, um seine Stabilität und Wirksamkeit zu gewährleisten. Luftentfeuchter oder Klimaanlagen können die Feuchtigkeit kontrollieren, und die Temperatur kann durch Kühl- oder Heizsysteme gesteuert werden. Die regelmäßige Überwachung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit kann dazu beitragen, die Degeneration von Wasserstoffperoxid zu verhindern und die Qualität und Sicherheit des Dekontaminationsniveaus zu gewährleisten.

Rotronic Feuchtesensor in H2O2-Umgebung

Wasserstoffperoxid kann empfindliche Materialien, wie z.B. das im Feuchtesensor verwendete Polymer, abbauen oder zerstören und die Genauigkeit und Lebensdauer des Sensors und der Elektronik beeinträchtigen.

PST bietet einen speziellen Sensor an, der durch seinen zusätzlichen Schutzkäfig resistenter gegen H2O2 ist: den Rotronic HYGROMER® HH-1-SK. Dieser Sensor hat sich seit über 10 Jahren unter genau den oben beschriebenen Bedingungen bewährt. Einige der größten Anbieter von H2O2-Dekontaminationsgeräten haben sich mit PST zusammengetan und verlassen sich auf unsere Sensortechnologie, um sicherzustellen, dass ihre Lösungen effektiv und fehlerfrei funktionieren.

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass für Labors, Isolierräume und Handschuhkästen, die routinemäßig mit H2O2 sterilisiert werden, eine sorgfältige Auswahl von Feuchtesensoren getroffen werden muss. Auch wenn sie vielleicht nicht am Sterilisationsprozess beteiligt sind, werden diese Kontroll- oder Überwachungssensoren weiterhin verwendet werden. Wenn Ihre Sensoren nicht speziell für die wiederholte Einwirkung von H2O2 ausgelegt sind, können sie schnell ausfallen oder ungenaue Messungen liefern

Kontaktieren Sie uns, um Ihre Anwendung zu besprechen, und wir beraten Sie gerne zu geeigneten Produkten.

Erfahren Sie mehr in unserer Erklärung zur Funktionsweise der Rotronic Wasserstoffperoxid-Fühler, sowie in der Beschreibung eines Sterilisationsprozesses:

Der Rotronic HYGROMER® HH-1-SK kapazitive Feuchtesensor kann in Umgebungen, die H2O2 und Kondensation enthalten, keine exakten wasserfeuchte-relevanten Messergebnisse liefern. In diesem Fall werden die bei Kondensation vorhandenen Messsignale sekundär durch die H2O2-Konzentration beeinflusst.

Der Feuchtesensor selbst ist H2O2-resistent, d.h. der Sensor liefert vor und nach der H2O2-Kondensationsphase korrekte Messergebnisse). Nach dem Ende der H2O2-Belastung werden wieder korrekte Messwerte angezeigt.

Trotz der H2O2-Toleranz des Rotronic HYGROMER® HH-1-SK kapazitiven Feuchtesensors empfiehlt es sich, diese Kondensationsphasen auf dem Sensorelement so kurz wie möglich zu halten. Je nach Anwendung kann es vorteilhaft sein, den Schutzfilter auf dem Fühlerkopf dauerhaft zu entfernen und die Fühler in eine besser durchströmte Position zu bringen.

Situationsbeschreibung: Sterilisationsprozess mit H2O2 und Messung der relativen Feuchte

Die Auswertung der Feuchtefühler und Testergebnisse zeigt, dass bei einigen Prozessabläufen in den Sterilisationskammern während der Injektionsphase die schnelle Einleitung des erzeugten Wasserstoffperoxid-Gas-Wasserdampf-Gemisches zur Kondensation an den Feuchtefühler führt.

Dies wird dadurch verursacht, dass die Fühler vor der Verdampfung des H2O2 der normalen Umgebungstemperatur von ca. 22 °C ausgesetzt sind. Die Einspritzphase ist oft sehr schnell und liegt bei ca. 28 - 30 °C. Durch die Injektion von H2O2 steigt die relative Luftfeuchtigkeit sehr schnell auf Werte von über 90 %rF an. Die thermische Masse der Fühler bewirkt einen verzögerten Anstieg der Temperatur des Fühlerkopfes. Bei sehr hoher relativer Luftfeuchtigkeit bedeutet dies eine sehr geringe Differenz zwischen der Taupunkt- und der Fühlerkopftemperatur. Erreicht die Taupunkttemperatur die Fühlerkopftemperatur, kommt es zur Kondensation auf allen Oberflächen, die kälter sind als die Taupunkttemperatur.

Das bedeutet, dass sich an den betroffenen Stellen ein Belag aus Mikrotröpfchen (Wasser mit H2O2) bildet. Davon sind auch der Feuchtesensor und seine elektrischen Anschlüsse betroffen. Der Fühler zeigt dann ein Messsignal an, das sich aus dem eigentlichen Feuchtesignal und den zusätzlichen Einflüssen (wie z.B. Kriechströme bei einem Kondensationsfilm (je nach Schichtdichte und spezifischer Leitfähigkeit), einzelne Tropfen auf der Sensoroberfläche, Quereinflüsse durch die Bildung von galvanischen Zellen bei Kondensation (elektrochemische Reaktion), Vorverschmutzung (Verdunstungsrückstände aus vorangegangenen Ladezyklen) zusammensetzt.

Bezüglich des Messsignals während der Injektions- und Belichtungsphase ist zudem zu beachten, dass H2O2 bei höheren Temperaturen und bei Kondensation schnell zerfällt. Bei dieser Zersetzungsreaktion entsteht zusätzliches Wasser, das beim Verdampfen oder direkt in der Gasphase einen zusätzlichen Feuchtegehalt verursacht. Dies führt dann zu höheren relativen Luftfeuchtigkeitswerten als zu erwarten wäre. Diese Kondensationsphase wird so lange aufrechterhalten, bis es physikalisch möglich ist, dass der Wasserfilm wieder trocknet. Im trockenen Zustand und während der Lüftungsphase detektiert der Feuchtesensor dann die Wasserdampfmenge in der Gasphase (normiert auf die relative Feuchte nach WMO) wieder korrekt.

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