０　 引 　 言

高压蒸汽灭菌是一种常用的灭菌方法，广泛用于生物制药、医疗卫生、食品生产等领域 ［１ ］ 。运用高压蒸汽灭菌技术，在高密封性的装置内，蒸汽压力随温度增高而升高，从而达到灭菌作用。高压蒸汽灭菌器的实际工作温度和压力是影响灭菌效果的重要因素，作为临床应用的高风险设备，对其进行定期质量检测与校准非常重要 ［２ ］ 。

目前对灭菌设备灭菌效果的检验一般有化学方法、生物方法及物理方法 ［３ ］ 。由于生物、化学方法只能显示最终结果，对灭菌温度是否达到，灭菌时间是否符合要求等灭菌工艺过程要求无法进行判断。物理验证采用温度、压力传感器将其置于灭菌器腔体内，在灭菌过程中进行温度、压力等物理参数的校准，以确定是否达到预期目标，并与灭菌器的温度、压力显示仪表比较，得出综合结果。在英国、欧盟等国家和地区，英国标准 ＨＴＭ２０１０［ ４ ］ 、欧标 ＥＮ５５４ ［ ５ ］等国外标准对高压蒸汽灭菌器运行时性能测试提出了明确的要求，并指出对灭菌设备的物理验证不可替代 ［６ ］ 。波义耳定律、Ｃｌａｕｓｉｕｓ－Ｃｌａｐｅｙｒｏｎ方程和道尔顿分压定律可知，压力蒸汽灭菌器中混合气体的压力和温度之间存在一定关系。通过校准高压蒸汽灭菌器的温度可间接确定其腔体内的压力，因而对灭菌器温度的校准尤为重要。

目前国内高压蒸汽灭菌器物理校准主要参考ＧＢ ／ Ｔ３０６９０ ——— ２０１４ 《小型压力蒸汽灭菌器灭菌效果监测方法和评价》、 ＹＹ１００７ ——— ２０１０ 《立式压力蒸汽灭菌器》等国家或行业标准。本文参考上述规程，采用两种常见物理校准方法，分析比较小型卧式、手提式、立式三类不同容积的高压蒸汽灭菌器在相同灭菌温度工况下温度、压力校准数据，并对升温曲线进行分析，与 Ｃｌａｕｓｉｕｓ－Ｃｌａｐｅｙｒｏｎ方程及 Ａｎｔｏｉｎｅ方程进行比较，得出校准建议。

１　 小型高压蒸汽灭菌器校准方法

将温度传感器置于被校高压灭菌器的中心点位置，并让高压灭菌器进行一次完整的灭菌过程，升温过程中，注意将灭菌器腔体内空气完全排出。达到灭菌温度后，每 ２ｍｉｎ 测试一组数据，测试 ３０ｍｉｎ，得到 １５ 组数据，温度波动度为测得的 １５ 组数据中的实际温度最大值减去实际温度最小值，除以２ ，并冠以“ ± ”表示。 ＧＢ ／Ｔ３０６９０ ——— ２０１４提出灭菌循环中，灭菌温度范围的实测值一般不高于设定值 ３℃ ，压力范围应与实测温度范围相对应。同时考虑测量不确定度应小于被测设备最大允许示值误差的五分之一到三分之一之间，即０．６～１．０℃ 。本文着重讨论不同容积的高压灭菌器在两种常见校准方法下的中心点温度、压力校准结果，校准环境温度为 ２０．０～２１．０℃ ，环境相对湿度为４５％～５０％ 。常见的校准方法有以下两种：

１．１　 采用无线温度压力数据采集器对高压蒸汽灭菌器的校准

无线温度压力数据采集器是将传感器采集到的温度及压力数据记录在采集器内。测试前，无线温度压力数据采集器设置相应的程序，将该采集器置于被校灭菌器腔体中心点位置进行校准。测试结束后，通过计算机配套的信号转换器以及软件读取记录的数据。

目前，该类数据采集器的温度测试准确度为±０．１℃ 、压力测试准确度为±０．１ｋＰａ ，一次可记录近２万个数据，工作动力为设备内的锂电池，使用寿命为 ５ 年左右。这种校准方式是由于没有引入外部连接线，灭菌器腔体密封完好，确保数据真实可靠，该设备可直接测得灭菌器腔体内的实际压力值。但该套装置的初期成本达数十万元，且使用寿命也仅在五年左右，需要通过电脑读取分析采集数据，如需实时监测数据，则需投入更高的资金。因而，该类装置在基层计量校准机构、灭菌器用户等群体中并没有得以广泛推广。

１．２　 采用热电偶对高压蒸汽灭菌器的校准

热电偶是常见的测温传感器，测试前，将较细的Ｔ型热电偶（一般线径 ≤１．０ｍｍ ）一端置于高压蒸汽灭菌器腔体中心点，盖好高压蒸汽灭菌器，并尽量使其密封，高压蒸汽灭菌器开始工作后，有少量蒸汽通过热电偶引出口溢出，但高压蒸汽灭菌器仍可继续升温工作，升温过程中，将灭菌器腔体内的空气完全排出，当高压蒸汽灭菌器处于灭菌状态时，通过数据采集器对温度数据进行采集。根据 Ａｎｔｏｉｎｅ方程将测得的温度数据换算为理论压力值，并与无线温度压力数据采集器测得的数据进行对比。

该方法使用目前广泛使用的热电偶，使高压蒸汽灭菌器的校准变得方便简单，但由于热电偶的引入，使得整个灭菌过程中始终有漏气点的存在，在一定程度上会对测试结果有所影响。

２　 结果与讨论

２．１　 灭菌器容积对温度校准结果的影响

由理想气体状态方程、 Ｃｌａｕｓｉｕｓ－Ｃｌａｐｅｙｒｏｎ 方程和道尔顿分压定律可知，高压蒸汽灭菌器中混合气体的压力和温度之间存在一定关系。采用热电偶校准高压灭菌器时，存在一个小的漏气孔，从而使得腔体内的压力发生变化，间接导致了温度的改变。表１为不同容积高压蒸汽灭菌器在相同校准温度下的校准结果比对。

如表１所示，采用无线温度压力数据采集器校准的温度实际值略大于采用热电偶法校准的温度实际值，且随着灭菌器容积的增大差值逐渐增大。这是由于在灭菌过程中产生大量的水蒸气，其压力和温度之间满足Ｃｌａｕｓｉｕｓ－Ｃｌａｐｅｙｒｏｎ方程采用热电偶对温度校准时，高压灭菌器存在一个小漏气孔，导致腔体内压力 ｐ 略有下降，从而导致测得的温度 Ｔ 略低于使用无线温度压力数据采集器测得值。当高压灭菌器的容积较大（如实验序号７所示）时，由于漏气孔的存在，其压力变化量就更大，导致两种方法测得的温差更大。部分大容量蒸汽灭菌器，如日本三洋公司的 ＭＬＳ－３７８０ 型（容积 ７５Ｌ ），在采用热电偶对其进行校准时，由于小漏气孔的存在，使其温度无法升至工作灭菌温度，从而导致无法对其进行校准。实验证明，当高压灭菌器容积大于 ３０Ｌ 时， ２ 种方法不确定度已不能满足０．６℃（即０．６Ｋ ）的要求。因而，对大体积的高压蒸汽灭菌器，应采用无线温度压力数据采集器进行校准，避免测量误差。而对于小型卧式或手提式高压蒸汽灭菌器，可以采用线径较小的热电偶进行校准。

实验发现高压蒸汽灭菌器容积变化对温度波动度、偏差的影响较小，这是由于波动度、偏差主要依赖于灭菌器的结构及控温系统，热电偶的引入对灭菌器结构及温控系统不造成影响。

２．２　 灭菌器容积对升温过程的影响

当水蒸汽的压力不太大时，水蒸汽可以当作理想气体，其压力和温度之间满足 Ｃｌａｕｓｉｕｓ－Ｃｌａｐｅｙ －ｒｏｎ 方程［ ８ ］ ，如公式（４ ）所示，其不定积分式移项变形后可得：

ｐ ＝ Ａ · ｅ－ΔＨ ｍＲ１Ｔ （５ ）其中 ｐ 为压力， Δ Ｈ ｍ 为摩尔蒸发热， Ｔ 为温度（单位为 Ｋ），Ｒ 为普适气体常数， Ａ 为常数。

为进一步验证热电偶的引入对高压蒸汽灭菌器升温过程的影响，选取三种典型的不同种类的高压蒸汽灭菌器（表 １ 实验序号 １ ， ３ ， ４ ），对其在采用无线温度压力数据采集器和热电偶校准温度时的 ｐ －Ｔ 曲线分别进行了测试比较，为避免系统误差，两组测试均采用无线温度压力数据采集器采集的数据，实验中，每 １０ｓ 测一次数据，绘制升温过程 ｐ － Ｔ 曲线图，如图１所示，并根据式（５ ）对其进行拟合。

如图 １ 所示，拟合优度 Ｒ２ 均大于 ０．９９ ，说明无论采用无线温度压力数据采集器，还是采用热电偶对高压蒸汽灭菌器进行校准时，其升温过程均符合Ｃｌａｕｓｉｕｓ－Ｃｌａｐｅｙｒｏｎ 方程。相同温度下，采用无线温度压力数据采集器校准时，腔体内压力略大于采用热电偶校准。对于容积较小的灭菌器，当温度接近工作温度时，两种测试方法测得的压力值非常接近，而容积较大的立式灭菌器两者相差较大，这也印证了２．１节的结论。

升温过程中，摩尔蒸发热 Δ Ｈ ｍ 影响着 ｐ －Ｔ曲线，如式（５ ）所示，在使用热电偶进行温度校准时，由于漏气孔的存在，相同物质量的水蒸发为水蒸气时需要更多的热量，因而，此时摩尔蒸发热 Δ Ｈ ｍ 比完全密封时更大，图１中３种灭菌器的拟合方程也符合这一点。当高压灭菌器本身的容积较小时，微小的漏气孔对升温吸热影响较大，两种方法之间的摩尔蒸发热比值 Δ Ｈ ｍ１ ／ ΔＨ ｍ２ 较大，导致两种方法校准升温拟合曲线中 ΔＨ ｍＲ值之差变大。随着灭菌器的容积增大，两种方法校准升温拟合曲线中的用 Ａｎｔｏｉｎｅ 公式，通过温度间接计算温度，将会产生较大偏差。同时，不同高压蒸汽灭菌器密封圈结构不同，导致热电偶引入后漏气程度不同，因此相同容积情况下不同型号的灭菌器，其压力校准差也会有所不同。结合表 １ ，也可以发现，随着校准温度差的增加，校准压力差也逐渐增加。

３　 结束语

采用热电偶对高压蒸汽灭菌器进行校准时，存在小漏气孔，温度校准存在一定偏差。对于小容积（ ≤３０Ｌ ）的高压蒸汽灭菌器，可以采用热电偶的方式，直接进行温度校准，并通过 Ａｎｔｏｉｎｅ公式计算腔体内的压力，其校准温度误差在０．５℃之内，压力误差在５ｋＰａ左右。而对于容积较大的灭菌器，通过热电偶引入的方式进行温度和压力校准会引起较大的误差，应当采用无线温度压力数据采集器直接进行温度和压力校准。

无论采用无线温度压力数据采集器，还是采用热电偶对高压蒸汽灭菌器进行校准时，其升温过程均符合 Ｃｌａｕｓｉｕｓ－Ｃｌａｐｅｙｒｏｎ 方程。采用无线温度压力数据采集器进行校准时，温度压力关系接近Ａｎｔｏｉｎｅ方程。升温过程中，高压蒸汽灭菌器容积越小，热电偶的引入会导致 ｐ － Ｔ 曲线变化更为明显。为基层计量校准机构、灭菌器用户等群体对小容积高压蒸汽灭菌器进行低成本校准提供了理论和实验依据。