In dem Blog-Beitrag "Bedeutung der Dampfqualität bei der Sterilisation mit feuchter Hitze" haben wir bereits die Notwendigkeit der Messung von Temperatur und Druck und deren Zusammenhang für ein korrektes Sterilisationsergebnis erläutert. In diesem Beitrag möchten wir dieses Thema nun vertiefen.
Die genaue Messung der Temperatur, sowohl in einer Verteilungsstudie als auch in einer Penetrationsstudie, und die genaue Messung des Kammerdrucks sind wichtige Parameter bei der Validierung eines Dampfautoklaven. Dabei unterscheiden sich die einschlägigen Normen im angloamerikanischen und europäischen Raum hinsichtlich der parallelen Messung dieser beiden Parameter. In diesem Blog-Beitrag möchten wir etwas ausführlicher auf die Bedeutung der Druckmessung eingehen.
Für weiterführende Informationen empfehlen wir einen Blick in die einschlägigen Normen wie
- ISO 17665
- EN 285
- HTM2010
- EN 554 (ersetzt durch ISO 17665, jedoch immer noch verbreitet in der Anwendung)
- PDA Technical Monograph #1 (Validation of Steam Sterilization Cycles)
Warum ist die Messung des Kammerdruckes wichtig bei der Validierung eines Dampfautoklaven?
Die Messung des Kammerdrucks ist ein wesentlicher Bestandteil der Validierung eines Dampfautoklaven. Entsprechend den Grundprinzipien der Thermodynamik, wie sie im Idealen Gasgesetz (PV=nRT) ausgedrückt werden, spielt der Druck ("P") eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Temperatur ("T") und damit bei der Erzeugung von gesättigtem Dampf, der als optimales Medium für die Sterilisation gilt. Ein adäquater Druck fördert die Dampfdurchdringung, indem er den Dampf in schwer erreichbare Bereiche des zu sterilisierenden Gutes leitet. Sollte der Druck zu niedrig sein, um gesättigten Dampf zu erreichen, besteht die Gefahr einer unzureichenden Sterilisation. Druckmessungen sind nicht nur für die Echtzeitüberwachung der Sterilisationszyklen unerlässlich, sondern auch für die Sicherstellung des fortlaufenden Betriebs innerhalb definierter Druckgrenzen, wie von standardisierten Betriebsverfahren und Richtlinien vorgeschrieben. Dies dient u.a. der Verifizierung der Integrität der Vakuumsysteme und der Identifizierung von Lecks, welche die Sterilisationsergebnisse beeinträchtigen können.
Das Erreichen und Aufrechterhalten eines gesättigten Dampfzustandes ist ebenso vital für den Erfolg der Sterilisation. Sollten Anzeichen einer verminderten Sättigung auftreten, z.B. durch unregelmäßige Temperatur- oder Druckwerte, könnte dies auf eine abnehmende Dampfqualität hindeuten, die weitere Untersuchungen erfordert.
Welche Drucksensoren finden Anwendung?
Es gibt verschiedene Arten von Drucksensoren, die auf spezifische Anforderungen in industriellen Anwendungen abzielen. Piezoresistive Sensoren werden aufgrund ihres sich mit mechanischer Belastung ändernden Widerstandes geschätzt. Kapazitive Sensoren nutzen Kapazitätsänderungen zur Druckmessung, während piezoelektrische Sensoren, die elektrische Spannungen unter Druck erzeugen, sich besonders für dynamische Druckmessungen eignen. Differenzdrucksensoren messen Druckunterschiede zwischen zwei Punkten und Absolutdrucksensoren bestimmen den Druck im Verhältnis zum perfekten Vakuum.
In Sterilisierungsprozessen, wie der Dampfsterilisation und Autoklaven, sind Absolutdrucksensoren weit verbreitet. Diese Sensoren messen den Druck im Verhältnis zum absoluten Nullpunkt (perfektes Vakuum), was in solchen Umgebungen von Vorteil ist, in denen die Druckmessungen gegen eine konstante Referenz durchgeführt werden müssen.
Die Drucksensoren, die in solchen Prozessen eingesetzt werden, sollten in der Lage sein, präzise Messungen bei hohen Temperaturen und unter hohen Drücken durchzuführen, und müssen auf Materialien beständig sein, die typischerweise bei der Sterilisation (zumeist Dampf oder andere Gase) verwendet werden. Darüber hinaus sollten sie einfach zu reinigen und sterilisierbar sein.
Neben den erwähnten einsatzbedingten, und teilweise widrigen Umständen, die ein Drucksensor beim Einsatz in einem Dampfautklaven ausgesetzt ist, spielt für eine korrekte Messung eine optimale Kalibrierung eine entscheidende Rolle für das spätere Messergebnis.
Was ist bei der Kalibrierung zu beachten?
Die Temperaturkompensation ist ein wichtiger Faktor bei der Kalibrierung von Drucksensoren und anderen Messgeräten. Viele Sensoren reagieren auf Temperaturänderungen, was zu Ungenauigkeiten in den Messdaten führen kann. Ein Sensor, der bei Raumtemperatur kalibriert wurde, liefert möglicherweise nicht die gleichen Ergebnisse bei höheren oder niedrigeren Temperaturen.
Temperaturkompensation ist der Prozess, bei dem diese temperaturbedingten Abweichungen korrigiert werden. Es gibt typischerweise zwei Methoden der Temperaturkompensation:
1. Physische Temperaturkompensation: Dies beinhaltet häufig die Verwendung von Materialien oder Designs, die wenig oder gar nicht auf Temperaturänderungen reagieren. Manchmal kann es aber auch bedeuten, dass durch geschicktes Design die Reaktion einer Komponente auf Temperaturänderungen durch die gegenläufige Reaktion einer anderen Komponente ausgeglichen wird.
2. Elektronische Temperaturkompensation: Dies beruht auf der Verwendung von elektronischen Schaltungen oder Software-Algorithmen, um temperaturbedingte Abweichungen zu korrigieren. Dies beinhaltet häufig die Verwendung eines separaten Temperatursensors, der die aktuelle Temperatur misst und die Messdaten des Drucksensors entsprechend anpasst.
Bei der Kalibrierung von Drucksensoren, besonders in kritischen Anwendungen wie Sterilisationsprozessen, ist es wichtig, den Sensor unter Bedingungen zu kalibrieren, die seiner tatsächlichen Einsatzumgebung so nahe wie möglich kommen. Wenn der Sensor bei hohen Temperaturen betrieben wird, sollte er auch bei hohen Temperaturen kalibriert werden. Dies stellt sicher, dass alle temperaturbedingten Abweichungen während der Kalibrierung erfasst und korrigiert werden.
Fazit
In diesem Blog-Post betrachten wir eingehender die Wichtigkeit präziser Temperatur- und Druckmessungen bei der Validierung von Dampfautoklaven. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der bedeutenden Rolle des Kammerdrucks. Eine angemessene Drucksteuerung ist nämlich elementar für die Erzeugung von gesättigtem Dampf und damit einer vollständigen Dampfdurchdringung.
In solchen Sterilisationsprozessen können verschiedenste Drucksensoren zum Einsatz kommen, darunter piezoresistive, kapazitive, piezoelektrische, Differenz- und Absolutdrucksensoren. Absolutdrucksensoren werden insbesondere aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften oft bevorzugt. Alle in diesen Prozessen verwendeten Sensoren sollten eine hohe Temperatur- und Druckfestigkeit aufweisen, sterilisierbar sein und sich einfach reinigen lassen.
Eine korrekte Kalibrierung der Sensoren ist entscheidend für genaue Messergebnisse, wobei die Temperaturkompensation berücksichtigt werden muss. Optimalerweise sollte die Kalibrierung unter den tatsächlichen Betriebsbedingungen durchgeführt werden. Viele Sensoren reagieren auf Temperaturänderungen, was zu Ungenauigkeiten in den Messungen führen kann. Insbesondere ein Sensor, der bei Raumtemperatur kalibriert wurde, könnte bei höheren oder niedrigeren Betriebstemperaturen abweichende Messergebnisse liefern.
Um solchen temperaturbedingten Abweichungen zu begegnen, wird die Kalibrierung unter den tatsächlichen Betriebsbedingungen durchgeführt. Dies stellt sicher, dass der Sensor die realen Bedingungen so genau wie möglich widerspiegelt und die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messwerte in der gegebenen Umgebung gewährleistet sind.
Daher ist es wichtig, das Kalibrierzertifikat genau zu prüfen. Häufig wird die Kalibrierung der Drucksensoren bei Raumtemperatur durchgeführt. Es sollte jedoch auf eine Kalibrierung bei der tatsächlichen Arbeitstemperatur des Dampfsterilisationsprozesses, in der Regel 121.1°C, bestanden werden. Nur so kann ein Fehler durch unzureichende Temperaturkompensation erfasst und minimiert werden.
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