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Feuchte, Kondensationspunkt und maximal erreichbares vH2O2

Auswirkungen von Feuchte auf Kondensation in Biodekontamination mit verdampftem Wasserstoffperoxid
Joni Partanen
Joni Partanen
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Life-Science

Dieser Blog ist der erste in einer Reihe mit vier Beiträgen, in der wir beschreiben, wie sich Prozessparameter auf Kondensation und die maximal erreichbare Konzentration von Wasserstoffperoxiddampf bei vH2O2-Biodekontaminationsanwendungen  auswirken.

In dieser Serie schlagen wir vier grundlegende Prozessparameterregeln vor. Bevor wir jedoch den ersten Parameter ansprechen,  der Kondensation und die maximal erreichbaren vH2O2-ppm  beeinflusst, gehen wir auf zwei wichtige Werte ein: relative Feuchte und relative Sättigung.   

Denn Wasser (H2O) und Wasserstoffperoxid (H2O2) weisen ähnliche molekulare Strukturen auf; beide wirken sich auf den Kondensationspunkt der Luft aus. Relative Feuchte (rF) gibt jedoch nur den Wasserdampfgehalt der Luft bei einer bestimmten Temperatur an, während relative Sättigung den Wasserdampfgehalt sowie den Wasserstoffperoxiddampf in der Luft aufzeigt. In  Luft, die Wasserstoffperoxiddampf enthält, tritt Kondensation vor 100 % relativer Feuchte auf. Daher kann der Kondensationspunkt mit der Messung der relativen Sättigung (rS) zuverlässig vorhergesagt  werden.

Wenn die relative Sättigung einen Wert von 100 %rS erreicht, kondensiert das Dampfgemisch. Relative Feuchte und relative Sättigung unterscheiden sich bei Vorhandensein von vH2O2. Der Unterschied zwischen rF und rS wird weiter durch die Menge an vorhandenem vH2O2 beeinflusst. Sobald  Kondensation auftritt (die relative Sättigung 100 % erreicht hat), kann der Wert von vH2O2-ppm nicht mehr gesteigert werden. Tatsächlich nimmt die H2O2-Dampfkonzentration meistens ab, da ein Teil von vH2O2 bei Kondensation in Wasser und Sauerstoff zerfällt. In diesem Fall muss mehr vH2O2 zum Ausgleich injiziert  werden.


Bei tropfendem Kondenswasser am Ende der Dekontaminationsphase können vH2O2-ppm-Messwerte  während der Belüftung anfangs ansteigen, da die Tröpfchen vH2O2 wieder in die Luft freisetzen.

Damit  kommen wir zur ersten Regel:  Eine Verringerung der anfänglichen Feuchte erhöht die Menge an H2O2-Dampf, die vor der Kondensation verwendet werden kann.  

Die folgenden Grafiken veranschaulichen, dass bei einer höheren relativen Feuchte zu Beginn der Konditionierungsphase (weil keine Entfeuchtung durchgeführt wurde) während der Dekontamination früher Kondensation auftritt. Je niedriger die relative Feuchte am Anfang der Konditionierung ist, desto höher sind die maximal erreichbaren vH2O2-ppm, bevor Kondensation auftritt.  

Während der Dekontaminationsphase wird ein Teil von vH2O2 in Wasser und Sauerstoff zersetzt. Die Menge an vH2O2, die zerfällt, hängt von Bedingungen wie Materialien, Temperatur, Feuchte und Luftstrom ab. Die unter bestimmten Bedingungen zu erwartende tatsächliche Zersetzung muss gemessen werden.  In den folgenden Grafiken haben wir angenommen, dass 10 % von vH2O2 vom Anfangswert zersetzt und mehr H2O2 zum Ausgleich verdampft werden.        

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Relative Humidity in VHP bio-decontamination processes

 

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Relative Humidity in VHP bio-decontamination processes Concentration Solution 59%-m

Wie zu sehen ist, beeinflusst die Entfeuchtung vor der Konditionierung die maximal erreichbaren vH2O2-ppm. In den Abbildungen 1a und 1b beträgt die verwendete Wasserstoffperoxidlösung 12 %-m; Abbildungen 1c und 1d zeigen eine Konzentrationslösung von 59 %-m. In den Abbildungen 1a und 1b werden zwei ansonsten ähnliche Biodekontaminationszyklen dargestellt; orangefarbene Linien zeigen Prozesse ohne Entfeuchtung und eine Konditionierungsphase, die mit einer relativen Feuchte von 50 %rF beginnt. Die blauen Linien geben Prozesse an, bei denen die Entfeuchtung auf 10 %rF vor der Konditionierungsphase abgeschlossen wurde.

In den Abbildungen 1a und 1c sehen Sie die Auswirkungen der Entfeuchtung auf den Feuchteanteil – angezeigt durch relative Feuchte und relative Sättigung – während der Konditionierungs- und Verweilphasen. Abbildungen 1b und 1d zeigen den Einfluss der Entfeuchtung auf den maximal erreichbaren Wasserstoffperoxiddampf während der Konditionierungs- und Verweilphasen.

In unserem zweiten Blog dieser Reihe veranschaulichen wir, wie die H2O2-Lösung die Menge an H2O2-Dampf beeinflusst, der verwendet werden kann, bevor Kondensation auftritt.
Um das vollständige Whitepaper zu lesen, auf dem diese Blogs basieren, besuchen Sie diese Webseite: „Berücksichtigung von Kondensation: Einflüsse auf die Biodekontamination mit  Wasserstoffperoxiddampf

Comment

Jaime lopez ochoa

Dez. 1, 2021
I need catalog

Vaisala

Dez. 3, 2021
Dear Jaime, You will find the Vaisala catalog here: https://www.vaisala.com/en/industrial-product-catalog

Rolando Martell Aedo

Dez. 8, 2021
he relative saturation point in a clean room varies from site to site within the premises. In the qualification I must monitor the reach of this saturation point after the nebulization or conditioning stage (time and contact), at each site where I sample with the bioindicator. In other words, I must use several probes in the measurement according to sampling stations with bioindicator. To correlate.

Sanna Lehtinen

Dez. 21, 2021
Dear Rolando, Yes, you are absolutely correct that temperature, as well as Relative Saturation and Relative Humidity, may vary within the site. If we want to avoid condensation during vH2O2 bio-decontamination process in an environment with temperature differences, we have to know what is the lowest temperature. If we do not know that, we recommend measuring mixture dewpoint Td with the HPP272 probe and measuring the temperature at different locations with additional temperature sensors. If measured temperature equals to or is lower than mixture dewpoint, then there might be condensation.

Bruno Aze

Jan. 6, 2022
Hi ,
do you have any data on measurement acquisition time of your sensor ?

Joni Partanen

Jan. 19, 2022
Hi Bruno,
HPP270 products have a response time of the 70s (τ63%), meaning that if there is a step-change in the H2O2 concentration, let’s say from 0 ppm to 500 ppm, the reading will be 63% of the final reading (~315 ppm) after 70 seconds and 90% of the final reading (450 ppm) in 200 seconds.
Best regards, Joni

Naci Sivri

Jan. 25, 2022
Dear Joni,
Thanks for your work. We use your HPP270 sensors happily in our production. We have different values for min vppm levels for room biodecontainment. Which ppm level do you advice for BSL-3 Labs?
Regards

Joni Partanen

Feb. 16, 2022
Dear Naci,

Our expertise in bio-decontamination is in the measurement of vaporized hydrogen peroxide concentration and relative saturation. These parameters will enable accurate and reproducible process control. However, determination or recommendation of the suitable concentration and exposure time requires microbiological expertise and empirical testing in the actual application. This is unfortunately beyond our competence.

Best regards, Joni

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