曲雪飛

（默普生物科技（山東）有限公司,山東 煙臺(tái) 264006）

常規(guī)條件下的水體中會(huì)含有不同量的Na 離子、Cl離子,但在一些化學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi),是不允許實(shí)驗(yàn)室水體中含有離子的,因此需要在制備水體時(shí),采用一些特殊的手段,進(jìn)行水體的去離子處理,通過此種方式得到的水體便可以被稱之為純化水[1]。而制備純化水過程中的一個(gè)必要步驟是對(duì)導(dǎo)入系統(tǒng)的水體進(jìn)行滅菌處理,為了提高純化水系統(tǒng)的制備效果,下述將對(duì)制備過程中的三種霉菌方法使用方式進(jìn)行分析,并結(jié)合不同方法的滅菌效果,掌握效果最佳的滅菌方法推廣使用[2]。

1 純化水系統(tǒng)中滅菌方法

1.1 二氧化氯滅菌方法

在滅菌過程中,二氧化氯主要起到氧化作用,而不發(fā)生氯化作用,因此不會(huì)產(chǎn)生有機(jī)氯化物,更不會(huì)產(chǎn)生氯胺[3]。采用這種滅菌方法可針對(duì)純化水系統(tǒng)當(dāng)中存在的失活病毒、隱孢子蟲等滅菌具有良好效果。同時(shí),采用這種滅菌方法在實(shí)際應(yīng)用中滅菌的特性不會(huì)受到滅菌環(huán)境pH 值的影響[4]。在滅菌過程中,未發(fā)揮滅菌作用的二氧化氯會(huì)以其原本的性能保留在溶液當(dāng)中,以此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)滅菌作用的延長,具有極強(qiáng)的氧化作用。

為實(shí)現(xiàn)基于二氧化氯的純化水系統(tǒng)滅菌,設(shè)計(jì)如圖1 所示的滅菌發(fā)生裝置,將其集成在純水化系統(tǒng)中,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的滅菌,見圖1。

圖1 純化水系統(tǒng)中二氧化氯滅菌原理圖示

為確保二氧化氯滅菌具有較高的效果,需要在制備二氧化氯滅菌消毒試劑時(shí),控制不同原材料的比重,設(shè)計(jì)比重見表1。

表1 二氧化氯滅菌消毒試劑制備原材料比重設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

按照上述圖1 所示的比重,將不同比重的原材料按照標(biāo)準(zhǔn)放置在反應(yīng)釜中,在常溫條件下對(duì)反應(yīng)釜中材料進(jìn)行攪拌處理,控制反應(yīng)的時(shí)間在20.0min～25.0min,放置在指定容器中待用[5]。在此基礎(chǔ)上,將制備的二氧化氯消毒試劑倒入純化水系統(tǒng)的進(jìn)水口,對(duì)水體進(jìn)行沖洗,實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的凈化滅菌。

1.2 臭氧滅菌方法

臭氧又被稱之為O3,從化學(xué)分子角度分析,臭氧屬于氧離子的同素異形體,對(duì)臭氧描述見表2。

表2 臭氧性質(zhì)描述

將臭氧應(yīng)用到純水化系統(tǒng)的滅菌中,臭氧可以有效地破壞或分解細(xì)胞外壁結(jié)構(gòu),并迅速在細(xì)胞內(nèi)部擴(kuò)散,對(duì)細(xì)胞液中的葡萄糖進(jìn)行氧化[6]。也可以直接與病毒、細(xì)菌發(fā)生化學(xué)作用,對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)、RNA、DNA 進(jìn)行破壞,以此種方式,對(duì)蛋白質(zhì)等大分子類型的聚合物進(jìn)行破壞,抑制水體中細(xì)菌的代謝與繁殖,達(dá)到對(duì)水體的凈化效果。

在使用臭氧進(jìn)行水體消毒時(shí),應(yīng)考慮到臭氧的半衰期為30.0min～60.0min,且臭氧分子結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性差、極易分解的特點(diǎn),因此,無法將臭氧作為常規(guī)的產(chǎn)品材料進(jìn)行保存,需要在滅菌前,在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行及時(shí)制備[7]。對(duì)臭氧消毒溶液制備裝置與管線滅菌裝置進(jìn)行描述,見下圖2。

圖2 臭氧水溶液制備與滅菌裝置結(jié)構(gòu)示意圖

按照上述方式,制備純化水系統(tǒng)臭氧滅菌溶液,并將制備的溶液通過管線流入純化水系統(tǒng),對(duì)水體進(jìn)行凈化處理。在此過程中應(yīng)注意,經(jīng)過臭氧溶液消除后的水體,需要將水體中殘留或投入使用過剩的臭氧水溶液進(jìn)行去除處理,避免殘留的臭氧水溶液對(duì)制備的純化水質(zhì)量造成影響。通常情況下,需要控制純化水中殘留的臭氧水溶液含量＜0.005mg/L。

基于理論層面,對(duì)臭氧殘留物的去除處理可以使用活性炭、化學(xué)催化、熱破壞、紫外線輻射等多種方法,但在醫(yī)學(xué)制藥領(lǐng)域中,要保證對(duì)制備水體中臭氧殘留物的高效去除,最為廣泛且有效的處理方法為紫外線輻射法。具體操作方法為：在純化水管道系統(tǒng)中的第一個(gè)進(jìn)水位置安裝可輻射紫外線的紫光燈,在用水或開始生產(chǎn)水之間,需要打開紫光燈,在未進(jìn)行純化水的生產(chǎn)時(shí),直接關(guān)閉紫光燈即可。根據(jù)大量的實(shí)踐與研究成果,每消除1.0mg/L 的水體殘留臭氧,需要保證紫光燈的照射量＞9.0×104μW·S/cm2。

1.3 巴氏消毒滅菌方法

巴氏消毒滅菌法是指在純化水系統(tǒng)中的待凈化水體進(jìn)行加熱處理,持續(xù)加熱處理一段時(shí)間后,可以有效殺死水體中一些病毒與細(xì)菌,避免微生物在水體中出現(xiàn)持續(xù)發(fā)酵現(xiàn)象。也可以將此過程作為破壞水體中某種微生物結(jié)構(gòu)的過程,其原理見下圖3。

圖3 巴氏消毒滅菌方法原理

在使用巴士消毒法進(jìn)行純化水系統(tǒng)的霉菌處理時(shí),需要先在加熱裝置下,將水體加熱到80.0 攝氏度,保持此溫度一段時(shí)間后,消毒水體將在管路中進(jìn)行預(yù)冷,最終從系統(tǒng)的出水口流出,此過程較為簡單,卻是一種可以通過加熱有效處理細(xì)菌的過程。

2 三種滅菌方法比較

2.1 純化水系統(tǒng)消毒劑殘留比較

完成對(duì)三種滅菌方法使用的研究后,本章將從消毒處理過程中純化水系統(tǒng)消毒劑殘留角度,進(jìn)行滅菌方法應(yīng)用效果的分析。

在使用二氧化氯滅菌方法進(jìn)行滅菌處理時(shí),需要將貯存罐與管道中的二氧化氯消毒水放凈,再重新制備新水約200.0 升,在純化水系統(tǒng)中循環(huán)15.0min～25.0min,在系統(tǒng)的終端回水口位置進(jìn)行取水,控制取水量為50.0ml,測(cè)試水體的電導(dǎo)率。在此基礎(chǔ)上,按照相同的操作步驟進(jìn)行滅菌管道的沖洗,直到取水的電導(dǎo)率檢測(cè)結(jié)果滿足1.0×105Ω·cm 條件后,記錄此過程中的沖洗耗時(shí)。

在使用臭氧進(jìn)行純化水系統(tǒng)的滅菌處理時(shí),按照上述論述內(nèi)容完成滅菌處理。在滅菌過程中,純化水系統(tǒng)當(dāng)中限流的臭氧消毒劑能夠完全分解在水中,因此針對(duì)其殘留問題的比較,選擇將完全分解的時(shí)間作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。完全分解的時(shí)間越短,說明純化水系統(tǒng)當(dāng)中殘留的消毒劑越少；反之同理。在實(shí)驗(yàn)過程中,同樣要求完成對(duì)200.0 升純化水的制備。在制備過程中,將循環(huán)水泵打開,并在管線當(dāng)中持續(xù)循環(huán)20 分鐘,在隨機(jī)三個(gè)位置上獲取水樣。在停止對(duì)臭氧的供應(yīng)后,將管路內(nèi)部安裝的紫外燈打開,并完成對(duì)水中臭氧的分解。最終在總回水口利用碘量滴定的方法完成對(duì)臭氧殘留的檢測(cè),待無法檢測(cè)到臭氧時(shí),記錄這一時(shí)刻時(shí)間,并利用這一時(shí)刻時(shí)間與添加臭氧時(shí)刻時(shí)間相減,得到臭氧完全分解時(shí)間,并將這一數(shù)值作為消毒劑殘留物分解的時(shí)間。

最后針對(duì)巴氏消毒滅菌方法,將純化水加熱到80°C 以上,并將升溫時(shí)間控制在50min～60min 范圍以內(nèi),循環(huán)保溫時(shí)間為50min,完成在高溫條件下滅菌。整個(gè)消毒滅菌過程不需要消毒劑,故消毒滅菌后無殘留,只需將水冷卻排空,再重新制水使用即可。

通過上述實(shí)驗(yàn)操作,完成對(duì)三種滅菌方法滅菌過程中消毒劑殘留的比較,通過分析對(duì)比二氧化氯沖洗耗時(shí)、臭氧分解耗時(shí)和巴氏消毒清楚殘留時(shí)間,三個(gè)時(shí)間指標(biāo)數(shù)值越大,則說明殘留越不容易清除,三種滅菌方法的消毒劑殘留問題嚴(yán)重程度從輕到重的順序依次為：巴氏消毒＜臭氧＜二氧化氯。

2.2 滅菌效果比較

在上述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基礎(chǔ)上,針對(duì)三種滅菌方法的效果進(jìn)行比較。選擇將三種方法在完成滅菌后,某一細(xì)菌的殺滅率作為評(píng)價(jià)指標(biāo),殺滅率越高,則說明滅菌效果越好,反之殺滅率越低,則說明滅菌效果越差。殺滅率的計(jì)算公式為：

公式（1）中,N 表示為滅菌后純化水系統(tǒng)中菌體數(shù)量,在實(shí)驗(yàn)過程中本文選擇的滅菌對(duì)象為金黃色葡萄球球菌,因此N 的取值由金黃色葡萄球菌體個(gè)數(shù)決定；N0表示在滅菌前純化水中的菌體數(shù)量；k 表示為反應(yīng)速度常數(shù)；t 表示為滅菌時(shí)間。根據(jù)上述公式,計(jì)算得出三種滅菌方法的殺滅率,并將結(jié)果記錄如表3 所示。

表3 三種滅菌方法殺滅率記錄表

從表4 中記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,在相同時(shí)刻下,巴氏消毒滅菌法的殺滅率始終高于前兩種滅菌方法,由此可以證明三種滅菌方法中巴氏消毒滅菌法的殺滅率最高,滅菌效果最理想。同時(shí),在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),臭氧滅菌法對(duì)細(xì)菌的滅菌起效時(shí)間更短,但由于無法確保臭氧消毒劑的濃度始終保持不變,因此其滅菌效果隨著時(shí)間的延長沒有得到明顯的提升。

2.3 細(xì)菌挑戰(zhàn)性比較

在完成對(duì)三種滅菌方法的純化水系統(tǒng)消毒劑殘留比較和滅菌效果比較后,針對(duì)其細(xì)菌挑戰(zhàn)性進(jìn)行比較。仍然在上述實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,開展對(duì)這一性能的探究。選擇本文上述提到的殺滅率作為評(píng)價(jià)指標(biāo),改變實(shí)驗(yàn)變量,針對(duì)三種消毒劑不同濃度條件下殺滅率進(jìn)行記錄。仍然選擇金黃色葡萄球菌作為實(shí)驗(yàn)用菌,在實(shí)驗(yàn)過程中快速量取循環(huán)制備20min,取總回水口的溶液放置在試管當(dāng)中。向5×105/ml～5×106/ml 的菌懸液當(dāng)中加入含菌量為0.5ml 的待滅菌溶液,在達(dá)到滅菌規(guī)定時(shí)間后,記錄不同殺滅率情況下三種滅菌方法滅菌溶液濃度,并將得出的結(jié)果繪制成如圖4 所示。

圖4 三種滅菌方法細(xì)菌挑戰(zhàn)性對(duì)比圖

從圖4 中三條曲線可以看出,在達(dá)到相同的殺滅率時(shí)巴氏消毒滅菌方法的平均質(zhì)量濃度最高,而臭氧滅菌和二氧化氯滅菌平均質(zhì)量濃度變化相似。綜合分析得出,三種滅菌方法的細(xì)菌挑戰(zhàn)性二氧化氯優(yōu)于臭氧優(yōu)于巴氏消毒。通過本文上述研究,針對(duì)三種不同的滅菌方法對(duì)其各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行比較。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,三種滅菌方法各自具有不同方面的優(yōu)勢(shì)。但在實(shí)驗(yàn)過程中,沒有考慮到各個(gè)滅菌方法在成本方面的問題,因此在后續(xù)的研究當(dāng)中還將從經(jīng)濟(jì)角度對(duì)其達(dá)到理想滅菌效果時(shí)的成本進(jìn)行對(duì)比。同時(shí),在純化水系統(tǒng)運(yùn)行過程中,還應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際凈化需要以及經(jīng)濟(jì)條件,對(duì)滅菌方法進(jìn)行合理選擇。

3 結(jié)論

純化水是指當(dāng)環(huán)境溫度＞25 攝氏度時(shí),其電阻率＞1.0×105Ω·cm 的水體,也可以將此類水體定義為脫鹽水體或去離子水體。純化水系統(tǒng)是指基于離子處理法、蒸餾法、反滲透法等綜合處理法,進(jìn)行供藥用水制備的系統(tǒng),制備的水體呈現(xiàn)無色無味狀態(tài),對(duì)水體檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)其中不含有以任何形式存在的添加試劑。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)純化水的高效率制備,本文從二氧化氯滅菌方法、臭氧滅菌方法、巴氏消毒滅菌方法三個(gè)方面,對(duì)其在純化水系統(tǒng)中的應(yīng)用方式與應(yīng)用效果展開了研究。三種不同的滅菌方法在實(shí)際應(yīng)用中的效果是不同的,但是在實(shí)際應(yīng)用中,均可以起到較好的滅菌殺毒效果。因此,可以在制備純化水的過程中,結(jié)合醫(yī)藥生產(chǎn)方的實(shí)際需求,選擇不同的滅菌處理方法,以此實(shí)現(xiàn)對(duì)純化水的制備,保證對(duì)醫(yī)藥生產(chǎn)用水制備的高效率與高水平。