Ein Sensor für drei Raumparameter

Nur wenige Branchen sind so stark reg­uliert wie die Phar­ma- und Gesund­heits­branche. Die strik­ten Hygien­evorschriften gewährleis­ten die Sicher­heit und Wirk­samkeit der Arzneimit­tel sowie die ster­ile Pro­duk­tion in Rein­räu­men. Bak­te­rien auf Ober­flächen oder die Abgabe von Mikroor­gan­is­men durch den Men­schen hät­ten fatale Konsequenzen.

Eine Bio-Dekon­t­a­m­i­na­tion mith­il­fe von ver­dampftem oder vernebel­tem Wasser­stoff­per­ox­id (H2O2) ver­hin­dert die Kon­t­a­m­i­na­tion durch Mikroor­gan­is­men und wird deshalb heutzu­tage in zahlre­ichen Anwen­dun­gen einge­set­zt. Der Erfolg der Bio-Dekon­t­a­m­i­na­tion in Rein­räu­men oder von Iso­la­toren und Mate­ri­alschleusen hängt dabei entschei­dend von der H2O2-Konzen­tra­tion ab – und muss daher umfassend überwacht wer­den. Leichter gesagt als getan, denn bei der Mes­sung von H2O2 muss einiges beachtet werden.

Relative Sättigung zentral für die Überwachung

Die rel­a­tive Luft­feuchtigkeit gibt nur den Feuchtew­ert aus dem Wasser­dampf an. Im Ver­gle­ich dazu gibt der rel­a­tive Sät­ti­gungsmess­wert sowohl die Feuchtigkeit an, die vom Wass­er als auch vom Wasser­dampf stammt. Damit ist die rel­a­tive Sät­ti­gung der einzige Para­me­ter, der anzeigt, wenn ein Luft­gemisch zu kon­den­sieren begin­nt (100% RS) und ist damit zen­tral für die Überwachung der Dekontamination.

Bei der Bio-Dekon­t­a­m­i­na­tion wird in Abhängigkeit zu den jew­eili­gen Raumpa­ra­me­tern und den räum­lichen Gegeben­heit­en so viel H2O2 ver­dampft, bis der Taupunkt erre­icht und die Mikrokon­den­sa­tion auf den Flächen ein­set­zt. Erst dann kommt es zu einem voll­ständi­gen Kon­takt zwis­chen Wirk­stoff und Ober­fläche – die Dekon­t­a­m­i­na­tion begin­nt und ein optisch nicht sicht­bar­er Film mit ein­er Stärke von 2 bis 6 μm bildet sich auf den Ober­flächen. Liegt die H2O2-Konzen­tra­tion unter­halb des Taupunk­tes, ist der Kon­takt von H2O2-Molekülen und Keimen nur zufäl­lig – und damit nicht aus­re­ichend für die stren­gen GMP-Auflagen.

Bish­erige Mess­meth­o­d­en – etwa über elek­tro­chemis­che Zellen oder Nah-Infrarot-Tech­nolo­gie – maßen H2O2 bis­lang lediglich im ppm-Bere­ich, sodass für die Feuchtemes­sung ein zusät­zlich­er Sen­sor notwendig wurde.

Neue Messtechnologie mit 3‑in-1-Sonde

Ein neues Messver­fahren sollte diese Her­aus­forderung lösen, indem es sowohl die rel­a­tive Luft­feuchtigkeit als auch die rel­a­tive Sät­ti­gung sowie die Tem­per­atur ermit­telt und damit die Kon­trolle über die drei entschei­den­den Raumpa­ra­me­ter bei der Bio-Dekon­t­a­m­i­na­tion ermöglicht. Die HPP272-Sonde von Vaisala wurde speziell für diese Zwecke entwick­elt und nutzt den neu entwick­el­ten Per­ox­cap-Sen­sor, der auf ein­er kapaz­i­tiv­en Dünnschicht-Poly­mer-Sen­sortech­nolo­gie basiert (Abb. 1). Die Per­ox­cap-Mes­sung ver­wen­det zwei zusam­menge­set­zte Hum­i­cap-Sen­soren, einen mit ein­er kat­alytis­chen Schutzschicht und einen ohne.

Wass­er und Wasser­stoff­per­ox­id haben eine sehr ähn­liche Moleku­larstruk­tur und bee­in­flussen bei­de die Feuchtigkeit der Luft, in der sie sich befind­en. Die HPP272-Mes­sung unter­schei­det deshalb zwis­chen der Feuchtigkeit, die durch H2O2-Dampf und Wasser­dampf verur­sacht wird, und der Feuchtigkeit, die nur durch Wasser­dampf entste­ht. Die kat­alytis­che Schicht des Hum­i­cap-Sen­sors katalysiert H2O2 aus dem Gas­gemisch, sodass der Sen­sor mit dieser Schicht nur Wasser­dampf erfasst und damit die rel­a­tive Luft­feuchtigkeit misst. Der zweite Hum­i­cap-Sen­sor ohne kat­alytis­che Schicht erfasst das Luft­gemisch aus ver­dampftem Wasser­stoff­per­ox­id und Wasser­dampf. Die Dif­ferenz zwis­chen den Able­sun­gen der bei­den Sen­soren zeigt die Dampfkonzen­tra­tion von H2O2 an.

Wegen der Wieder­hol­barkeit der Mes­sung durch die HPP272-Sonde ist die Ver­i­fizierung des Bio-Dekon­t­a­m­i­na­tion­sprozess­es Zyk­lus für Zyk­lus zuver­läs­sig. Die extrem sta­bile 3‑in-1-Sonde muss nur ein­mal pro Jahr kalib­ri­ert wer­den. Darüber hin­aus sorgt die Heiz­funk­tion des Sen­sors dafür, dass kein Wass­er auf dem Sen­sor kon­den­sieren kann, sodass die Mess­dat­en auch bei extrem hoher Luft­feuchtigkeit zuver­läs­sig bleiben.

Ein Sensor für drei Parameter

Die Wirk­samkeit von ver­dampftem Wasser­stoff­per­ox­id zur Bio-Dekon­t­a­m­i­na­tion ist schon längst kein Geheim­nis mehr. Neu ist allerd­ings das Wis­sen um die Rel­e­vanz der rel­a­tiv­en Sät­ti­gung, um die H2O2-Konzen­tra­tion präzise zu ermit­teln und den Bio-Dekon­t­a­m­i­na­tion­sprozess wieder­hol­bar zu steuern. Erst­ma­lig ist es nun gelun­gen, die drei entschei­den­den Raumpa­ra­me­ter bei der Bio-Dekon­t­a­m­i­na­tion mit einem einzi­gen Sen­sor zu messen.