床单位臭氧消毒机质量检测仪器的设计与实现

2022-06-30李桂明肖翔朱建波王永胜

分析仪器 2022年3期

李桂明肖翔朱建波王永胜*

（1.广州市番禺区中心医院设备科，广州 511400；2.广州市番禺区中心医院行政办公室，广州 511400；3. 广东省基层医药学会医疗器械管理分会，广州 510405）

0 引言

医院作为收治患者的机构，各床单位均存在被患者的体液和血液等污染的可能，易引起院内感染，而常规的清洗和擦拭无法达到有效消毒，因此床单位臭氧消毒机的作用尤为重要［1］，其中原卫生部2002年颁布的《消毒技术规范》更是明确指明床单位消毒可采用床单位臭氧消毒机进行消毒［2］。

据了解，目前大部分医疗机构仍单纯地依靠使用人员的嗅觉判断设备是否产生臭氧、依靠手部触感判断是否有抽气功能，如有臭味且手部感受到吸气则判定床单位臭氧消毒机可正常使用［3］。该办法下，设备产生的臭氧浓度、流量以及抽气性能是否达标，是否具备消毒效果等均无客观、准确的判断，设备管理部门也难以开展有效的质控工作。通过市场调研及查找相关文献资料，发现目前有针对臭氧泄漏及低浓度进行检测的设备［4］；有通过抽气泵抽取气体检测臭氧是否泄漏的设备；有实时在线检测臭氧浓度的检测系统的研究［5］；有采用床单位臭氧消毒机进行消毒后，再对物表采样和细菌学检验，通过消毒后的细菌数判定消毒效果的研究［6］，但上述方法均存在实用性不强、可操作性差、对象单一等特点，同时市场上暂无针对床单位臭氧消毒机可以进行全面检测运行质量（臭氧高浓度、臭氧产量、抽气性能等）的设备。总体而言，目前检测仪器在保护检测人员、可检测有效项目、仪器操作简易性、仪器准确性、实用性等方面满足不了使用需求。

综上，迫切需要研制出可全面检测床单位臭氧消毒机各方面性能的运行质量的仪器，同时能避免检测人员吸入臭氧，使设备管理部门能恒常开展床单位臭氧消毒机的质控工作，确保床单位臭氧消毒机的正常有效运行，从而防止医院病区内交叉感染［7］。

1 检测仪器的设计

1.1 设计思路

国家标准委员会发布的《臭氧消毒器卫生要求》（GB 28232-2020）等有关标准明确要求进行床单元消毒时，一般密封袋内的臭氧浓度必须达到≥200 mg/L［8］，才能得到有效的消毒。基于此原则，结合对床单位臭氧消毒机的使用需求及具体功能的分析，明确床单位臭氧消毒机的主要性能参数包括四个方面，分别是①工作臭氧浓度；②抽解能力；③臭氧产量；④臭氧的泄漏量。根据上述分析结果，以能够准确地检测床单位臭氧消毒机主要性能参数的为目标进行检测仪器的设计，同时使检测仪器具有操作可行性、实用性的特点，能方便设备管理部门通过检测仪器对床单位消毒机的运行质量进行监测。

1.2 检测仪器的基本结构

主要由流量计、臭氧浓度检测模块，臭氧分解仪和控制模块4 部分组成。其原理框图如图1 所示。

流量计，采用耐臭氧腐蚀的玻璃浮子流量计，量程为20L，接头采用宝塔8*6 mm 接头，通过流量计直观显示臭氧气体的流量。

臭氧浓度检测模块，采用化学检测技术的臭氧气体传感器［9］。电化学臭氧传感器是根据电化学原理，利用被测气体在传感器工作电极和对电极上发生相应的氧化还原反应并释放电荷，通过外电路形成电流，电流大小与气体浓度成正比，从而实现对目标气体的定量测量［10］。电化学臭氧传感器具有响应速度快、无零点漂移、一致性好等特点，极大地保证了检测值的精确度和稳定性。模块采用24VDC 供电，气体浓度值在显示屏显示，选取的量程为0～800PPm。

臭氧分解仪，采用F800型臭氧分解催化剂，其由钛、纳米稀土、硅、锰、铜、镁、铁、铝等金属氧化物熔结而成的多孔性、表面高活性的圆柱状固体颗粒［11］，实现对检测的臭氧进行分解，然后排出。

控制模块，采用24VDC 供电，由低电平信号分别控制8 路不同的继电器。控制输入信号正极连接24V 正极，而负极通过s1、s2 按钮开关（自锁型）连接到输入24V 负极。继电器连接220VAC 电磁阀，从而控制电磁阀闭合与开启，结合负压吸引泵、单向阀等实现臭氧气体的检测、臭氧气体的抽出分解等功能。电磁阀选用AC220V 陶瓷底座，可有效防臭氧腐蚀［12］；负压吸引泵采用24VDC，结合臭氧分解仪的有效进气量和抽气效率，选用15 L/min 通气量的气泵。

图1 检测仪器的原理框图

2 实物与功能介绍

按照设计思路、结构原理及电路图等，已研制出床单位臭氧消毒机质量检测仪器如图2 所示。仪器正面设有两个臭氧输入连接管、流量计、负压压力表、臭氧浓度值显示、传感器开关、浓度测量开关、抽气分解开关，背后设有分解气体排出口。

2.1 检测工作臭氧浓度

检测仪器设计有臭氧浓度显示模块，同时，也可以外接浓度检测仪同时进行监测。此设计能方便有效的对浓度值进行检测对比。

2.2 检测抽解能力

通过观察负压表的数值判断设备的抽真空能力，参考值为25kpa。

2.3 检测臭氧产量

臭氧浓度检测的同时，可通过臭氧流量计［13］，观察臭氧的流量。

2.4 具有内部管路冲洗功能

因臭氧具有氧化性，每次检测完应该对内部管路进行冲冼［14］。利用仪器内部的气泵将内部管路气体抽出经臭氧分解仪后再排出，当内部管路形成负压时，吸气单向阀打开以吸入外部空气，实现避免臭氧余量影响臭氧浓度检测仪的模块，同时发挥冲洗内部管路作用的功能。

图2 检测仪器实物图

2.5 臭氧分解排出

根据国家标准，臭氧的安全浓度为0.16 mg/m3，高浓度臭氧尾气会危害人体健康、破坏周围的构筑物［15］。故检测仪器的管路末端加装臭氧分解仪，用于分解臭氧，确保最终排出的气体不会对周围人体或环境造成影响。使用臭氧检测仪在管路连接处、臭氧最终分解排放处进行测量［16］，测得臭氧浓度0 ppm 即说明检测仪器没有臭氧泄漏，臭氧能有效地进行分解。

3 临床应用效果及分析

3.1 应用效果

先进行定性检测（包含管路、接头、电源线、显示等目视检查），再利用检测仪器进行定量检测（包含抽气压力、浓度、流量）。为保证浓度检测的准确性，分别在1分钟、3分钟、5分钟各记录一次数值。使用此检测仪器对全院共计36 台床单位臭氧消毒机进行检测，并抽取部分检测项目及结果见表1，对比原始人工目测检查与使用此检测仪器的效果见表2。

经整理，目测检查仅能发现有一台设备的管路破损，而检测仪器则可以发现3 台设备的负压显示值小于20kpa，属于不正常现象，再经排查故障明确分别为软管接管座微漏、高压电极接管处微漏和气泵膜片损坏所致，通过加固和更换管路、膜片后修复。上述3个故障如果只通过目测及手感判断，不仅较难，并且要花费较长时间才能检查出来。

检测发现浓度失效（均小于100 ppm）有3 台，更换臭氧发生器（包含高压电源模块和高压电极）后检测正常［17］。检测过程中，排除管路脱落或破损的情况，检测人员未闻到臭氧味道，说明检测仪器内部未有泄漏，即对臭氧能有效地分解。综上，目测查到故障4例，通过检测仪器查到故障10例，占比分别为28.57 和71.43%，由此可见通过检测仪器能更好地发现问题，并及时解决，保证设备的完好率，做好设备生命周期的管理，防止出现感控问题。

由表2 可知，该检测仪器的情况比较精确、稳定，各方面准确率达到了100%，这些结果验证了仪器的有效性和可行性。

表1 部分科室消毒机质量检测记录表

表2 人工检测与新仪器检测情况

3.2 相关项目检测的比较

以往臭氧的浓度检测主要采用以下几种方式①嗅觉；②采用便携式臭氧浓度检测仪对着床单位臭氧输出管进行读取数值；③将便携式臭氧浓度检测仪放进臭氧袋（把原有臭氧袋缩小，开一个口放进便携式臭氧浓度检测仪后再封闭），接着抽取袋内空气，最后再输臭氧进行采样。通过采用研制的检测仪器与上述几种检测方式进行对比，数据情况见表3。

通过表3 可知，嗅觉、直吹采样口，臭氧袋采样没有直接泄漏臭氧的风险而具备较高的安全性，但检测过程涉及较多工具，且准备所需时间太长，不利于实际工作的开展，此外便携式臭氧浓度检测仪无法对抽气能力、气体流量方面进行检测；新检测仪器效率快捷，检测前只需要连接电源、床单位臭氧消毒机，进行30秒的传感器预热即可，同时可直观读取抽气、流量数值，最重要的是检测气体经边检测边分解再排出，无臭氧泄漏的危害。

表3 各检测方式的综合检测项目比较

4 结果

4.1 第三方检测结果

为检验床单位臭氧消毒机质量检测仪器的功能准确性和稳定性，将检测仪器送至具备检测资质的第三方检测单位进行校准检测，由检测单位根据《JJG1077-2012 臭氧分析仪检定规程》［18］有关要求，对检测仪器进行校准［19］，结果全部合格，见表4。

4.2 完成时间分析

选取30例检测合格的设备为样本，分别记录检测仪器从准备工作到完成全部检测所需的时间（散点图如图3）。在完成时间上具有统计学意义（t=32.469，P=0），平均完成时间为104.667秒，104秒内完成的例数为19例，占63.35%。在104秒内完成床单位臭氧消毒机流量、抽解能力和臭氧浓度检测，检测仪器为检测工作提高了效率。

表4 检测仪器校准结果

图3 完成时间散点图

4 讨论

本设计能对床单位臭氧消毒机的臭氧浓度、管路泄漏、臭氧产气量等运行质量参数进行检测，且操作简单、不会对人员和环境造成影响，同时不仅经应用测试能切实发现床单位臭氧消毒机运行质量不达标的情况，而且第三方检测机构的校准检测报告也能充分证明检测仪器的结果准确性、性能可靠性。目前市场上的臭氧浓度检测仪单方面检测环境中臭氧浓度［19］，采样过程一般采用泵吸取式，最大的缺点是检测过程中没有对采样的气体进行分解而排出，对周围的人造成损害，这点直接影响到消毒机检测的可操作性。牛勃［20］等提到泵吸式臭氧浓度检测方法，此检测方法是市面上便携式臭氧浓度检测仪常用方法；徐彩军［4］等、相龙龙［9］等研究主要都是针对臭氧低浓度环境中的检测，不存在高浓度臭氧泄漏产生的危害，不会对仪器使用者产生危害。但床单位消毒机产生的臭氧都是高浓度的，如用上述仪器检测，极易吸入高浓度臭氧，危害健康。而杨震［5］等研究一种能实时在线检测臭氧浓度的检测系统，实现整个臭氧生产过程的闭环控制，此研究主要是增加消毒机的在线监测功能，并不是对消毒机进行检测，并且此产品至今未到市场上广泛使用，大部分医院普遍采用的仍是无实时监测臭氧浓度的消毒机，但此部分的消毒机正是缺乏专用工具监测。另外，经查阅相关文献，尚未有对床单位消毒机气体流量及抽气能力的检测的研究。相比之下，此检测仪器针对性更强，能对臭氧消毒机各方面性能进行直观的检测，更容易及更可靠发现消毒机臭氧浓度、气量、漏气等问题，此检测仪器在实际应用过中操作性、实用性更强。