КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ТЕРМОВРЕМЕННОГО ИНДИКАТОРА ПАРОВОЙ СТЕРИЛИЗАЦИИ Российский патент 2002 года по МПК G01K11/16 

Изобретение относится к средствам термометрии, а именно к средствам контроля работы паровых стерилизаторов, и может быть использовано при изготовлении химических термовременных индикаторов, применяемых в медицине, ветеринарии, бальнеологии, теплотехнике, фармацевтической и пищевой промышленности.

В практике контроля работы паровых стерилизаторов используются различные методы регистрации процесса стерилизации: физические, биологические (тесты на основе штаммов микроорганизмов), химические. Наибольшее распространение из-за своей простоты, экспрессности и дешевизны получили химические методы контроля, основанные на применении химических термовременных индикаторов.

Химические термовременные индикаторы изготавливаются на основе композиций, в которых под воздействием температуры и пара в результате прохождения химической реакции наблюдается изменение цвета. В то же время после выдержки этих композиций в сухом воздухе при типичных температурах и времени паровой стерилизации цвет композиций должен оставаться исходным, либо изменяться незначительно и заметно отличаться от конечного состояния, достигаемого при выдержке в паровом стерилизаторе.

Известны композиции для термовременных индикаторов, в которых в качестве активных компонентов используются соли поливалентных металлов и сера и/или серосодержащие соединения (см., например, патент Великобритании 1132334, кл. C 3 F, 1968).

Недостатки данного типа композиций следующие. Изменение цвета композиции происходит в данном случае за счет химической реакции между активными компонентами композиции, что приводит к постепенной смене цвета, при этом невозможна однозначная индикация соблюдения параметров стерилизации. Время изменения цвета композиций зависит от толщины слоя, что требует жесткого контроля соблюдения технологии нанесения композиции. В составе композиции содержатся экологически вредные компоненты - соли поливалентных металлов. Кроме того, рецептура композиции не позволяет варьировать в широком диапазоне величины регистрируемых параметров (температурой и временем).

Известны также композиции, в составе которых в качестве активных компонентов используются карбоновые кислоты и их соли, сложные эфиры, пиридины, которые при выдержке в паре гидролизуются, и компонент-регистратор, показывающий изменением цвета степень гидролиза этих компонентов; это - кислотно-основные (рН-) или окислительно-восстановительные индикаторы (см., например, патент Великобритании 1415782, кл. G 1 B, 1975; патент США 4880466, кл. 106/31.32, 1989). В этих композициях изменение цвета происходит за счет цветового перехода компонента-регистратора, показывающего глубину протекания химической реакции между активными компонентами композиции.

Наиболее близкой к предлагаемой композиции по технической сущности и достигаемому результату является композиция для термовременного индикатора контроля процессов паровой стерилизации, содержащая смесь органической кислоты и ее соли и компонент-регистратор, представляющий собой рН-индикатор или смесь рН-индикаторов и меняющий свой цвет при переходе из кислой области в щелочную (патент Великобритании 1415782, кл. G 1 B, 1975). Известная композиция содержит, в частности, смесь 2,4-дигидроксибензойной кислоты и ее натриевой соли, в качестве компонента-регистратора используются смеси рН-индикаторов, меняющих цвет при переходе из кислой области в щелочную, например смесь метилового красного и бромтимолового голубого.

Недостаток известной композиции заключается в том, что конечным продуктом реакции в этой композиции является экологически вредный компонент - резорцин. Скорость гидролиза используемых в составе этой композиции карбоновых кислот и их солей довольно высока, что не позволяет обеспечить изготовление термовременных индикаторов с большими временами регистрации параметров процесса - более 20 минут при температурах порядка 130^oС. Кроме того, при гидролизе компонентов композиции происходит изменение рН среды от нейтральной (равновесной) в сторону увеличения щелочности (нестабильной), в результате конечный цвет композиции не сохраняется длительное время, что не позволяет использовать химический термовременной индикатор на основе данной композиции для документирования работы паровых стерилизаторов.

Техническими результатами, достигаемыми при реализации настоящего изобретения, являются: исключение из продуктов реакции экологически вредных компонентов, снижение при необходимости скорости гидролиза используемых в составе композиции компонентов и обеспечение сохранения конечного цвета композиции в течение длительного времени.

Указанные результаты достигаются тем, что композиция для термовременного индикатора контроля процессов паровой стерилизации, содержащая смесь органической кислоты и соли органической кислоты и компонент-регистратор, представляющий собой рН-индикатор или смесь рН-индикаторов и меняющий свой цвет в кислой области, в качестве смеси органической кислоты и соли композиция содержит смесь аминосульфоновой кислоты и соли аминосульфоновой кислоты (сульфоната мочевины, или тиомочевины, или гуанидина) при следующих соотношениях компонентов, масс.%:
Аминосульфоновая кислота - 5-79,9
Соль аминосульфоновой кислоты (сульфонат мочевины, или тиомочевины, или гуанидина) - 20-90
Компонент-регистратор - 0,1-10
В качестве аминосульфоновой кислоты может быть использована мочевино-сульфоновая (сульфуровая) NН₂СОNНSО₃Н, сульфаминовая NH₂SO₃H, сульфаниловая NH₂C₆H₄SО₃H или метаниловая C₁₈H₁₄N₃SO₃H кислоты.

В качестве солей аминосульфоновых кислот могут быть использованы:
- основные сульфонаты мочевины (уреиды) - сульфанилмочевина NH₂CONHSO₂NHCONH₂, урасульфан NH₂C₆H₄SO₂NHCONH₂;
- кислые сульфонаты мочевины - сульфуровокислая NН₂СОNНSО₃Н•NН₂СОNН₂, сульфанилокислая NH₂C₆H₄SO₃H•NH₂CONH₂, сульфаминокислая NН₂SО₃Н•NH₂СОNH₂ мочевина;
- основные сульфонаты тиомочевины - бадионал NH₂C₆H₄SО₂NHCSNH₂ и др.;
- кислые сульфонаты тиомочевины - сульфанилокислая тиомочевина NH₂C₆H₄SО₃H•NH₂CSNH₂ и др.;
- основные сульфонаты гуанидина - сульгин (сульфагуанидин) NH₂C₆H₄SО₂NHCNHNH₂ и др.;
- кислые сульфонаты гуанидина - сульфаминокислый гуанидин NH₂C₆H₄S0₃H•NH₂CNHNH₂ и др.

Компонентом-регистратором может быть один из следующих рН-индикаторов или их смесь: бромфеноловый синий, метиловый желтый, метиловый оранжевый, бромхлорфеноловый синий, конго красный, ализариновый красный, бромкрезоловый зеленый.

Композиция может в частном случае содержать в качестве аминосульфоновой кислоты сульфуровую кислоту, в качестве соли - сульфуровокислую мочевину, а в качестве компонента-регистратора - бромфеноловый синий. В другом частном случае композиция может содержать в качестве аминосульфоновой кислоты сульфаминовую кислоту, в качестве соли - урасульфан, а в качестве компонента-регистратора - смесь бромфенолового синего с бромхлорфеноловым синим. Еще в одном частном случае композиция может содержать в качестве аминосульфоновой кислоты сульфаниловую кислоту, в качестве соли - сульгин, а в качестве компонента-регистратора - бромкрезоловый зеленый.

Работа композиции основана на принципе высокотемпературного гидролиза аминосульфоновой кислоты и соли аминосульфоновой кислоты (сульфоната мочевины, или тиомочевины, или гуанидина), приводящего к изменению кислотности (рН) композиции, что сопровождается изменением цвета используемого в ее составе кислотно-основного индикатора или смеси кислотно-основных индикаторов. Эта композиция имеет в обычных условиях сильнокислую среду (рН<3), но при длительном воздействии горячим водяным паром происходит изменение кислотности в сторону ее уменьшения (и повышения рН), что сопровождается изменением цвета рН-индикатора или смеси рН-индикаторов и обеспечивает регистрацию соблюдения параметров термообработки водяным паром (температура, время). Отсутствие соответствующего изменения цвета указывает на несоблюдение параметров выдержки в водяном паре.

Соблюдение предложенного количественного соотношения компонентов в композиции обусловлено необходимостью обеспечения параметров срабатывания индикаторов, необходимых цветовых характеристик в исходном и конечном состояниях. При этом, если аминосульфоновой кислоты в композиции будет больше 80 мас. %, изменения цвета не произойдет, как бы долго ни выдерживали индикатор в паре. При максимальном содержании соли этой кислоты (90 мас.%) обеспечивается минимальное время срабатывания индикатора, при уменьшении ее содержания менее 20 мас. % индикатор не срабатывает. Содержание компонента-регистратора определяется необходимой интенсивностью и контрастностью цветов, превышение его содержания более 10 мас.% приводит к увеличению временного интервала смены цвета.

При использовании в композиции мочевино-сульфоновой (сульфуровой) кислоты NH₂CONHSO₃H и сульфанилмочевины (NH₂CONН)₂SO₂ на первом этапе происходит гидролиз кислоты и уреида с образованием серной кислоты и мочевины, но только после полного разрушения этих соединений начинается гидролиз мочевины с образованием сульфата аммония. За счет того, что мочевина является очень слабым основанием, в растворе поддерживается высокая кислотность (низкая рН) до начала гидролиза мочевины. После начала гидролиза мочевины происходит резкое (скачком) уменьшение кислотности (увеличение рН) композиции, что обеспечивает контрастную смену цвета в узком временном интервале.

Гидролиз сульфуровой кислоты описывается следующим уравнением:

Аналогичным образом происходит гидролиз уреида сульфуровой кислоты, с образованием сульфата аммония и аммиака:

Варьируя соотношением кислоты и уреида в композиции, можно получить регистрацию (за счет изменения цвета композиции) соблюдения параметров термообработки водяным паром в широком диапазоне времени (от 1 минуты до 5 часов) и температуры от 100 до 150^oС.

Используя в составе композиции различные рН-индикаторы или их смеси, меняющие цвет в интервале рН от 2,7 до 5,5, можно получать разные исходные и конечные цвета композиции, различный характер (скачкообразный или постепенный) цветового перехода и разные точки перехода (по рН среды). В качестве рН-индикаторов можно использовать:
бромфеноловый синий - переход цвета из желтого в синий;
метиловый желтый - переход из красного в желтый;
метиловый оранжевый - переход из красного в желто-оранжевый;
бромхлорфеноловый синий - переход из желтого в пурпурный;
конго красный - переход из сине-фиолетового в фиолетовый;
бромкрезоловый зеленый - переход из желтого в зеленый (синий),
или их смеси:
бромхлорфеноловый с бромфеноловым синим - переход из желтого в черный, и т.п.

При изготовлении химического термовременного индикатора настоящая композиция вводится в состав носителя (пористой подложки, например, фильтровальной бумаги) пропиткой из водного или спиртового раствора, либо наносится на носитель или подложку поливом, печатью и т.д. в виде смеси композиции и полимерного связующего. В качестве связующего можно использовать растворы простых и сложных полиэфиров - эфиры целлюлозы, эфиры поливинилового спирта, эфиры малоновой кислоты, поливиниловый спирт, поливинилхлорид и т.д., в качестве растворителя - воду, спирты и эфиры, алифатические, ароматические, хлорированные углеводороды и т.д.

Соотношение масс композиции и связующего не сказывается на параметрах срабатывания индикатора, а определяется технологией введения композиции в состав носителя.

Наиболее практичным является нанесение композиции обычной типографской печатью. В этом случае композиция наносится на подложку в форме пятен, узоров или надписей. После сушки для предотвращения механических повреждений и вымывания паром индикаторная метка или надпись покрывается прозрачной пленкой.

Пример 1.

28 г сульфуровой (мочевино-сульфоновой) кислоты, 5 г сульфурово-кислой мочевины (или тиомочевины) и 1,5 г компонента-регистратора растираются в мелкий порошок. Полученный порошок добавляют в 100 г 40%-го раствора поливинилхлорида в четыреххлористом углероде. Компоненты размешивают до получения гомогенной густой смеси. Полученная краска наносится на полимерную подложку методом типографской печати в виде круглой индикаторной метки. После испарения растворителей индикаторная метка заклеивается полимерной пленкой, устойчивой к водяному пару и высокой температуре.

Воздействие сухого воздуха с температурой 140^oС в течение 30 минут не приводит к изменению цвета индикаторной метки.

При выдержке химического термовременного индикатора под давлением насыщенных водяных паров при 130^oС происходит процесс гидролиза, и цвет метки меняется. Исходный и конечный цвета индикаторной метки, характер и время изменения цвета зависит от состава компонента-регистратора (табл.1).

Пример 2.

Берется 50 г сульфаминовой кислоты, 14 г бадионала, 2 г компонента-регистратора, все перемешивается и перетирается в мельнице до получения однородного мелкого порошка. В полученный порошок добавляется полимерное связующее (40% раствор эфира целлюлозы в ацетоне) в количестве 100 г. Полученная смесь растирается до гомогенного состояния и наносится способом, приведенным в примере 1.

Воздействие сухого воздуха с температурой 140^oС в течение 30 минут не приводит к изменению цвета индикаторной метки.

При выдержке химического термовременного индикатора при 120^oС под давлением насыщенных паров цвет индикаторной метки меняется. Характер изменения цвета индикаторной метки приведен в табл.2.

Изменяя соотношения компонентов данной композиции, так же как и в случае композиции, описанной в примере 1, можно получить время срабатывания химического термовременного индикатора в широком диапазоне для температур 100-150^oС.

Пример 3.

Берется 97 г мелкорастертого порошка сульфаминовой кислоты, добавляется 160 г урасульфана и 3,5 г смеси бромфенолового и бромхлорфенолового синего. В полученную смесь вливается водный раствор 10% поливинилового спирта в количестве 500 мл и обычным методом доводится до гомогенного состояния.

Краска наносится способом, приведенным в примере 1.

Сушка краски осуществляется обдувом сухим воздухом, температуру которого по мере высыхания увеличивают от 35 до 100^oС. С целью защиты от механических повреждений и вымывания паром индикаторная метка закрывается пленкой, стойкой к водяному пару и высокой температуре.

Воздействие сухого воздуха с температурой 140^oС в течение 30 минут не приводит к изменению цвета индикаторной метки.

При выдержке термовременного индикатора при температуре 110^oС в атмосфере насыщенного пара цвет метки в первые 15 минут остается исходным - желтым, в интервале 15-18 минут происходит смена желтого цвета на черный. При дальнейшем увеличении времени выдержки цвет метки не меняется.

Изменением соотношения компонентов можно варьировать время срабатывания индикатора в широком диапазоне:
при 100^oС - от 2 минут до 4 часов;
при 110^oС - от 5 минут до 3 часов;
при 120^oС - от 5 минут до 2 часов;
при 132^oС - от 2 минут до 60 минут.

Пример 4.

Берется 200 г мелкорастертого порошка сульфаниловой кислоты, добавляется 90 г сульгина, 3,5 г порошка бромкрезолового зеленого, перемешивается и размалывается до получения тонкого порошка, высыпается в 500 мл 2%-го раствора поливинилпиррилидона в воде. Полученная смесь перемешивается до получения гомогенного раствора.

Данным раствором пропитывается бумажная основа, сушится с постепенным подъемом температуры от комнатной до 100^oС. Пропитанная и высушенная бумага нарезается на отдельные полоски и герметично запаковывается в прозрачную полимерную пленку на основе полиолефинов, полиэфиров, фторзамещенных полимеров, полиамидов. Для пропитки допускается изготовление раствора без полимерного связующего.

Воздействие сухого воздуха с температурой 140^oС в течение 30 минут не приводит к изменению цвета индикаторной метки.

При выдержке термовременного индикатора при температуре 132^oС под давлением насыщенного пара цвет бумаги в первые 18 минут остается исходным - желтым, в интервале 18-20 минут происходит смена цвета на синий. При дальнейшем увеличении времени выдержки цвет не меняется.

Изменением соотношения компонентов можно варьировать время срабатывания индикатора в широком диапазоне:
при 100^oС - от 15 минут до 5 часов;
при 120^oС - от 5 минут до 3 часов;
при 132^oС - от 2 минут до 60 минут.

Пример 5.

Берется 100 г мелкорастертого порошка сульфаминовой кислоты, добавляется 120 г сульфаминокислой мочевины (или тиомочевины) и 7 г ализаринового красного. Полученная смесь добавляется в 100 г 40%-го раствора поливинилхлорида в четыреххлористом углероде и тщательно перетирается до гомогенного состояния.

Краска наносится способом, приведенным в примере 1. Сушка краски осуществляется обдувом теплым воздухом. С целью предотвращения от механических повреждений и вымывания паром индикаторная метка заклеивается сверху полимерной пленкой, устойчивой к водяному пару и температуре стерилизации.

Воздействие сухого воздуха с температурой 140^oС в течение 30 минут не приводит к изменению цвета индикаторной метки.

При выдержке термовременного индикатора при температуре 120^oС в атмосфере насыщенного пара цвет метки в первые 35 минут остается исходным - желтым, в интервале 35-45 минут происходит смена цвета на фиолетовый. При дальнейшем увеличении времени выдержки цвет метки не меняется.

Изменением соотношения компонентов можно получить интервал времени смены цвета в широком диапазоне от 2 минут до 5 часов при температурах 100-150^oС.

Таким образом, приведенные примеры показывают, что во всех вариантах основным компонентом в конечном продукте является сульфат аммония, который является экологически безопасным соединением. Использование данной композиции позволяет существенно расширить временной интервал срабатывания индикаторов, позволяет изготовить индикаторы как с коротким временем (5 минут при 120^oС), так и с большим временем (более 30 минут при 132^oС) срабатывания. Во всех приведенных примерах сохранность конечного цвета индикаторов составила более одного года в условиях отапливаемого помещения, что позволяет использовать индикаторы для архивирования результатов контроля стерилизации.

Изобретение относится к средствам контроля температурно-временных режимов работы паровых стерилизаторов и может быть использовано при изготовлении индикаторов, изменяющих свой цвет при интегральном воздействии на них определенной температуры и давления водяного пара в течение заданного интервала времени. Композиция для термовременного индикатора контроля процессов паровой стерилизации содержит смесь аминосульфоновой кислоты, соли аминосульфоновой кислоты (сульфоната мочевины, или тиомочевины, или гуанидина) и компонента-регистратора, представляющего собой рН-индикатор или смесь рН-индикаторов и меняющего свой цвет в кислой области. В качестве аминосульфоновой кислоты могут использоваться мочевино-сульфоновая (сульфуровая), сульфаминовая, сульфаниловая или метаниловая кислоты. В качестве соли аминосульфоновой кислоты могут использоваться основные сульфонаты мочевины (сульфанилмочевина, урасульфан и др.), или тиомочевины (бадионал и др.), или гуанидина (сульгин и др.), а также кислые сульфонаты мочевины (сульфанилокислая мочевина и др.), или тиомочевины (сульфаминокислая тиомочевина и др.), или гуанидина (сульфаминокислый гуанидин и др.). Компонентом-регистратором в предложенной композиции может являться один из следующих рН-индикаторов или их смесь: бромфеноловый синий, метиловый желтый, метиловый оранжевый, бромхлорфеноловый синий, конго красный, ализариновый красный, бромкрезоловый зеленый. Техническим результатом изобретения является исключение из продуктов реакции экологически вредных компонентов, снижение при необходимости скорости гидролиза используемых в составе композиции компонентов и обеспечение сохранения конечного цвета композиции в течение длительного времени. 7 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Композиция для термовременного индикатора контроля процессов паровой стерилизации, содержащая смесь органической кислоты и соли органической кислоты и компонент-регистратор, представляющий собой рН-индикатор или смесь рН-индикаторов и меняющий свой цвет в кислой области, отличающаяся тем, что в качестве смеси органической кислоты и соли композиция содержит смесь аминосульфоновой кислоты и соли аминосульфоновой кислоты (сульфоната мочевины, или тиомочевины, или гуанидина) при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Аминосульфоновая кислота - 5-79,9
Соль аминосульфоновой кислоты (сульфонат мочевины, или тиомочевины, или гуанидина) - 20-90
Компонент-регистратор - 0,1-10
2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве аминосульфоновой кислоты используется мочевино-сульфоновая (сульфуровая), сульфаминовая, сульфаниловая или метаниловая кислоты. 3. Композиция по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что в качестве соли аминосульфоновой кислоты используются основные сульфонаты мочевины (сульфанилмочевина, урасульфан, и др. ), или тиомочевины (бадионал и др. ), или гуанидина (сульгин и др. ). 4. Композиция по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что в качестве соли аминосульфоновой кислоты используются кислые сульфонаты мочевины (сульфанилокислая мочевина и др. ), или тиомочевины (сульфаминокислая тиомочевина и др. ), или гуанидина (сульфаминокислый гуанидин и др. ). 5. Композиция по пп. 1-4, отличающаяся тем, что компонентом-регистратором является один из следующих рН-индикаторов или их смесь: бромфеноловый синий, метиловый желтый, метиловый оранжевый, бромхлорфеноловый синий, конго красный, ализариновый красный, бромкрезоловый зеленый. 6. Композиция по пп. 1, 2, 4 и 5, отличающаяся тем, что содержит в качестве аминосульфоновой кислоты сульфуровую кислоту, в качестве соли - сульфуровокислую мочевину, а в качестве компонента-регистратора - бромфеноловый синий. 7. Композиция по пп. 1-3 и 5, отличающаяся тем, что содержит в качестве аминосульфоновой кислоты сульфаминовую кислоту, в качестве соли - урасульфан, а в качестве компонента-регистратора - смесь бромфенолового синего с бромхлорфеноловым синим. 8. Композиция по пп. 1-3 и 5, отличающаяся тем, что содержит в качестве аминосульфоновой кислоты сульфаниловую кислоту, в качестве соли - сульгин, а в качестве компонента-регистратора - бромкрезоловый зеленый.