一次性过温检测方法的研究

胡浩，马巍，刘文亮，姜彩宇，王瑛彤

吉林省农业机械研究院，吉林长春 130022

很多食品、药品和试剂等对保温有苛刻的要求。温度敏感药品占药品总量的比例越来越高，特别是冷藏药品年度增长率均15%以上[1]。疫苗绝大多数需要2～8 ℃储存,少量-20 ℃以下储存,属于温度敏感性产品，而且由于疫苗的需求面广而使用剂量少,使得其发货具有“小批量、多批次、多频次、多区域”的特点[2]。疫苗从生产到使用的全过程始终需要处于冷藏设施规定的温度中储存、运输[3]。高于或者低于某特定温度就会变质或失效。疫苗的冷藏管理措施是否得当直接关系到疫苗的质量和确保疫苗的安全接种[4]。而消费者买到它们时或者使用它们之前一般都并不清楚在生产、运输、贮藏和销售过程中它们是否因高于或者低于某特定温度而造成变质或失效。现有各种有记忆功能的数显温度计或温度测试仪等均无法经济地做到在效期内完整监控每一个食品、药品或试剂等的最小包装。因此，现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

一次性过温检测方法(专利申请号CN201410690202.3)可在有效期内完整监控待测物品或环境是否超过温度限制，且成本低，适合大批量生产使用，给食品、药品或试剂等的温度监控带来了极大的便利。

一次性过温检测装置包括内层密闭容器和外层密闭容器，内层密闭容器与外层密闭容器相互嵌套设置，内层密闭容器设置在外层密闭容器的内部，与外层密闭容器的内底面固定安装。内层密闭容器的材质选择范围为牢固的、不与装填物发生反应、在内外压力差超过一定值时发生破裂；所述外层密闭容器的材质选择范围为牢固的、装填物发生发应，在3.0 atm 的气压下不会破裂，透明或者半透明。

通过利用升温到特定温度，内、外层密闭容器原有的气压差扩大进而导致内层密闭容器发生破裂，或因装填物甲或装填物乙中气体随温度变化的溶解度差异，扩大内、外层密闭容器之间的气压差，导致内层密闭容器发生破裂，或因装填物甲或装填物乙发生相变进而导致内、外层密闭容器内的气压差超出一定值导致内层密闭容器发生破裂，或因装填物甲或装填物乙在温度变化下发生化学反应导致内、外层密闭容器内的气压差超出一定值导致内层密闭容器发生破裂，或因内层密闭容器内的水溶液因凝固而容积膨胀导致内层密闭容器发生破裂，从而使装填物甲与装填物乙相接触并发生颜色变化的原理，该原理可以保证容器内试剂在该一次性过温指示装置的温度有效范围内发生永久性的颜色变化，且这种变化直观可见，从而判断待测物品或环境的温度是否曾超过温度上限或者下限。外层密闭容器为耐压密封容器，保证了容器内试剂不会外流，不会产生污染或者对检测的物质产生影响和危害。一次性过温检测方法，可在有效期内完整监控待测物品或环境是否超过温度限制，且成本低，适合大批量生产使用，给食品、药品或试剂等的温度监控带来了极大的便利。

1 检测样品是否低于-30～130 ℃的特定温度

1.1 从20 ℃低于-30～0 ℃之间的某一特定温度的检测

选取装填物甲为0%～22.8%的氯化钙（w/v）水溶液，选取装填物乙为无水硫酸铜粉末。在20℃的条件下，所述步骤二中内层密闭容器容积的95%注入装填物甲；在20 ℃的条件下，取0.2 g 装填物乙注入外层密闭容器中。内层密闭容器的容积为外层密闭容器容积的1/4，内层玻璃容器在内外气压差为2.0 atm 时发生破裂。

1.2 从70 ℃低于0～60 ℃之间的某一特定温度的检测

选取装填物甲为3.5%二氧化硫的（w/v）水溶液和二氧化硫气体，选取装填物乙为含0.1%溴甲酚紫的甘油溶液（w/v）。在70 ℃的条件下，所述步骤二中内层密闭容器容积的3%～57%注入装填物甲，其余为1.8～2.0 atm的二氧化硫；在70 ℃的条件下，所述步骤三中外层密闭容器容积的10%注入装填物乙，其余为1.6～2.0 atm 的空气。内层密闭容器的容积为外层密闭容器容积的1/4，内层玻璃容器在内外气压差为1.0 atm 时发生破裂。

1.3 从150 ℃低于60～130 ℃之间的某一特定温度的检测

选取装填物甲为70.0%氯化钙水溶液（w/v）、0.05 g铜粉和空气，选取装填物乙为二氧化氮和四氧化二氮混合气体。在150 ℃的条件下，所述步骤二中内层密闭容器的容积的60%注入装填物甲，其余为2.0 atm 的空气；在150 ℃的条件下，所述步骤三种外层密闭容器注入1.6～2.2 atm 的装填物乙。内层密闭容器的容积为外层密闭容器容积的1/4，内层玻璃容器在内外气压差为0.5 atm时发生破裂。

2 检测样品是否超过-30～130 ℃的特定温度

2.1 从-40 ℃超过-30～25 ℃之间的某一特定温度的检测

选取装填物甲为氨和乙醇的水溶液，其中氨含量为27.4%～80.9%（w/v，即溶质质量浓度，以下同），乙醇含量为17.5%～48.3%（v/v，即容积百分浓度，以下同），选取装填物乙为1%酚酞的乙醇溶液（w/v）。在-40 ℃的条件下，所述步骤二中内层密闭容器容积的5%注入装填物甲；在-40 ℃的条件下，所述步骤三中外层密闭容器容积的10%注入装填物乙。内层密闭容器的容积为外层密闭容器容积的1/27，内层玻璃容器在内外气压差为2.0 atm 时发生破裂。

2.2 从0 ℃超过25～100 ℃之间的某一特定温度的检测

选取装填物甲为水，选取装填物乙为无水硫酸铜粉末。在0 ℃的条件下，向内层密闭容器容积的5%注入水，其余为0.7～1.9 atm 的空气；在0 ℃的条件下，所述步骤三中取0.2 g 无水硫酸铜粉末注入外层密闭容器中，其余为1.0 atm 的空气。内层密闭容器的容积为外层密闭容器容积的1/4，内层玻璃容器在内外气压差为1.0 atm 时发生破裂。

2.3 从80 ℃超过101～130 ℃之间的某一特定温度的检测

选取装填物甲为含0.2%氯化铁（w/v）和5.5%～48.4%的氯化钙水（w/v）溶液，选取装填物乙为含0.1%硫氰酸钾（w/v）和70.0%氯化钙（w/v）的水溶液。在80℃的条件下，内层密闭容器容积的5%注入装填物甲；在80℃的条件下，所外层密闭容器容积的10%注入装填物乙。内层密闭容器的容积为外层密闭容器容积的1/27，内层玻璃容器在内外气压差为2.0 atm 时发生破裂。

3 一次性过温检测方法的四个实施例

3.1 是否曾从20 ℃低于-30 ℃

装填物甲为22.8%氯化钙的水溶液，在20 ℃时灌装，氯化钙的水溶液需装盛内层密闭容器容积的95%；装填物乙为无水硫酸铜粉末，在20 ℃时灌装，无水硫酸铜为0.2 g。

该实施例的工作原理是-30 ℃时，内层密闭容器内的氯化钙水溶液凝固，水结冰时容积膨胀，从而导致内层密闭容器发生破裂，使白色的无水硫酸铜遇水变蓝。

3.2 依次检验多个温度

将装填物甲、装填物乙、装填物丙和装填物丁分别装入相互嵌套的内1、内2、内3 和外层密闭容器内，其中内1、内2 和内3 密闭容器须两两不接触且与外层密闭容器相接触，内3 须放在最底部的位置，内1 和内2密闭容器的容积为外层密闭容器容积的1/27，内3 密闭容器的容积为外层密闭容器容积的1/4，内1、内2 和内3 密闭容器均在内外气压差为1.0 atm 时发生破裂。

以下均在0 ℃时灌装，装填物甲为二甲胺，二甲胺需装盛内1 密闭容器容积的10%；装填物乙为20%（v/v）乙酸的乙醛溶液，乙酸的乙醛溶液需装盛内2 密闭容器容积的50%；装填物丙为过硼酸钠，过硼酸钠的堆容积占内3 密闭容器容积的10%，装填物丁为1%（w/v）石蕊的乙醇-水溶液（乙醇和水的容积比为3：7），1%石蕊的乙醇-水溶液需装盛外层密闭容器容积的20%。

当温度超过10 ℃时，二甲胺沸腾，使内1 密闭容器的内外气压超过1.0atm 并发生破裂，使装填物甲与装填物丙发生混合，弱碱性的二甲胺使紫色石蕊变蓝，而内2，内3 密闭容器不会发生破裂；当温度超过22 ℃时，乙酸乙醛溶液沸腾，使内2 密闭容器的内外气压超过1.0 atm 并发生破裂，使装填物乙与外层密闭容器内的混合液发生混合，量大且酸性强的乙酸使石蕊由蓝变红，而内3 密闭容器不会发生破裂；当温度升高至40 ℃时，过硼酸钠分解生成大量氧气[5]，从而胀破内3 密闭容器，使装填物丙与外层密闭容器内的混合液发生混合，尚未分解的强氧化剂过硼酸钠将石蕊氧化，由红色变成无色。

3.3 检测是否曾超出温度贮存范围

将装填物甲、装填物乙和装填物丙分别装入相互嵌套的内1、内2 和外层密闭容器内，内1 和内2 密闭容器须相分离且与外层密闭容器相接触，内1 密闭容器的容积为外层密闭容器容积的1/4，内2 密闭容器的容积为外层密闭容器容积的1/27。

以下均在4 ℃时灌装，装填物甲为水，水需装盛内1密闭容器容积的98%；装填物乙为二甲胺，二甲胺需装盛内2 密闭容器容积的10%；装填物丙为0.5%（w/v）酚酞的无水乙醇溶液、无水硫酸铜，酚酞的无水乙醇溶液需装盛外层密闭容器容积的20%，无水硫酸铜为0.05 g。

当一直处于0～10 ℃的待测物品的温度低于0 ℃时，水结冰并胀破内1 密闭容器，使装填物甲与装填物丙发生混合，水使无水乙醇中的白色无水硫酸铜变蓝，而内2 密闭容器不会发生破裂。当一直处于0～10 ℃的待测物品的温度升高至10 ℃时，二甲胺达到沸点，使内2 密闭容器的内外气压超过1.0 atm 并发生破裂，使装填物乙与装填物丙发生混合，弱碱性的二甲胺使无色的酚酞变红，而内1 密闭容器不会发生破裂。当一直处于0～10 ℃的待测物品的温度即曾经低于0 ℃又曾经高于10 ℃时，内1和内2 密闭容器都会分别发生破裂，即可以看到无色的酚酞变红，又可以看到白色的无水硫酸铜变蓝。

3.4 手动触发以开启过温检测

将装填物甲、装填物乙和装填物丙分别装入相互嵌套的内1、内2 和外层密闭容器内，内1 嵌套于内2 密闭容器内且有触发铁针垂直处于内1 密闭容器中，触发铁针有顿头在整个密闭容器之外。内1 密闭容器的容积为外层密闭容器容积的1/27，内2 密闭容器的容积为外层密闭容器容积的1/8。

以下均在4 ℃时灌装，装填物甲为33%的二甲胺水溶液，水需装盛内1 密闭容器容积的40%；装填物乙为氯化钠粉末，氯化钠粉末需装盛内2 密闭容器容积的5%；装填物丙为0.5%（w/v）酚酞的无水乙醇溶液，酚酞的无水乙醇溶液需装盛外层密闭容器容积的20%。

在按下手动触发铁针捅破内1 密闭容器之前，该一次性过温检测装置可以在-10～40 ℃保存而不会发生颜色变化。按下手动触发铁针捅破内1 密闭容器之后，内1 密闭容器内的二甲胺水溶液与氯化钠粉末混合，氯化钠溶解导致部分二甲胺析出。当温度高于10 ℃时，二甲胺开始沸腾，使内2 密闭容器的内外气压差超过1.0 atm并发生破裂，外层密闭容器内酚酞的无水乙醇溶液遇二甲胺变红。

[1]赵亚军,成亚峰.低温冷藏药品在农村流通中存在的问题与建议[J].中国社区医师：医学专业，2012,14(13)：36.

[2]徐立猛,徐志忠,薛伟,等.疫苗冷链安全实践探讨[J].中国卫生检验杂志,2012(12)：3034-3035.

[3]徐汉顺,邓竹青,刘俊华,等.区域疫苗冷链温度实时监控系统的建立与应用研究[J].现代预防医学,2014(14)：2569-2571,2587.

[4]王善刚,刘玉芹.疫苗管理的做法和体会[J].中国民康医学,2010(2)：199.

[5]郭成林,邹春萍.过硼酸钠的生产及其用途[J].广东化工,2014,41(19)：131.