Автоклав: что это за прибор
Слово «автоклав» происходит от греческого «авто» (сам) и латинского clavis (ключ, замок): крышка такого сосуда запирается сама под действием внутреннего давления. Автоклавы применяют в химии и промышленности для синтеза, пропитки, вулканизации, твердения бетона и консервирования. Когда спрашивают, что такое автоклав в лаборатории, речь идёт о паровом стерилизаторе: камере, где изделия обрабатывают насыщенным водяным паром под давлением выше атмосферного.
Паровая стерилизация остаётся основным методом для всего, что выдерживает нагрев и влагу: стеклянной и металлической посуды, термостойкого пластика, жидкостей и питательных сред, текстиля, фильтров, инструментов, биологических отходов. Метод не оставляет химических остатков, дешёв в работе и хорошо контролируется. Требования к разработке, валидации и текущему контролю процесса стерилизации влажным теплом установлены ГОСТ ISO 17665-1-2016.
В каталоге КАДАММ паровые стерилизаторы собраны в разделе «Автоклавы (паровые стерилизаторы)»: от портативных моделей на 18–24 л до горизонтальных камер объёмом в тысячи литров. Все они — лабораторное оборудование.
Принцип работы автоклава: почему пар под давлением
При атмосферном давлении вода кипит при 100 °C, и сколько её ни нагревай, температура пара выше не поднимется. Кипячение убивает вегетативные формы микроорганизмов, но споры бактерий его переживают. Если же нагревать воду в закрытом сосуде, пар не уходит, давление растёт, и вместе с ним растёт температура кипения. Для насыщенного пара давление и температура жёстко связаны: каждой температуре соответствует одно давление. Поэтому рабочие режимы стерилизаторов задают парой «температура — давление», а по их совпадению судят, что в камере чистый пар без примеси воздуха.
Второе свойство пара важнее высокой температуры. Попадая на более холодную загрузку, пар конденсируется и отдаёт скрытую теплоту парообразования — в несколько раз больше энергии, чем горячий воздух той же температуры. Изделие прогревается быстро и равномерно, а влага ускоряет денатурацию белков микробной клетки. Поэтому паровой стерилизатор работает при меньших температурах и за более короткое время, чем сухожаровой шкаф. Для того, что не переносит влагу (порошки, масла, сухая стеклянная посуда), применяют воздушные стерилизаторы (сухожаровые шкафы).
Отсюда главное требование к процессу: пар должен дойти до каждой поверхности. Всё, что ему мешает, — воздух в камере и в упаковке, неконденсируемые газы, перегруженная камера, герметичная тара — создаёт «холодные зоны», где температура ниже заданной. Принцип работы автоклава сводится к трём задачам: удалить воздух, выдержать загрузку в насыщенном паре заданное время, затем безопасно сбросить давление и при необходимости высушить изделия. Типовые режимы и время выдержки разобраны в статье «Режимы стерилизации в автоклаве».
Устройство парового стерилизатора
Конструкции сильно различаются по размеру, но набор узлов у них общий.
Камера
Камера — сосуд, работающий под давлением: обычно цилиндр из нержавеющей стали, у крупных горизонтальных машин — также прямоугольного сечения. В камере размещают корзины, полки или тележки с загрузкой. У части моделей камеру окружает рубашка: в неё подают пар, чтобы стенки оставались горячими, на них не конденсировалась влага и загрузка сохла быстрее. На корпусе указывают расчётное давление и температуру, на которые сосуд испытан: например, у КАДАММ СП-Г10 это 0,3 МПа и 144 °C при рабочих параметрах ниже.
Источник пара
Существует три схемы. В простых портативных и вертикальных автоклавах воду заливают прямо в камеру, нагреватель стоит на её дне, и пар образуется там же, где лежит загрузка. В настольных моделях с вакуумом и в большинстве горизонтальных стоит отдельный парогенератор: вода подаётся из бака или водопровода, пар поступает в камеру уже готовым. Третий вариант — подача пара от внешней котельной или заводской магистрали, как в КАДАММ СП-Г15: электрическая мощность тогда нужна только автоматике и насосам. Встроенный парогенератор, как в КАДАММ СП-Г10, делает машину независимой от инженерных сетей здания, но требует подготовленной воды.
Дверь и блокировки
Дверь или крышка — самый нагруженный узел: на неё давит пар по всей площади проёма. Портативные и некоторые вертикальные модели закрывают откидной крышкой с винтовыми прижимами, как КАДАММ СП-В20. Настольные — дверью с ручным или автоматическим затвором, крупные горизонтальные — поворотной, подъёмной или сдвижной дверью с пневматическим уплотнением. Обязательный элемент — блокировка: дверь нельзя открыть, пока в камере есть давление или температура выше безопасной, а цикл не запустится при незакрытой двери. Уплотнение двери периодически меняют: изношенная прокладка — частая причина утечки пара и подсоса воздуха.
Клапаны, датчики, контроллер
Предохранительный клапан сбрасывает пар, если давление превысит допустимое: у КАДАММ СП-Г24 он настроен на 0,28 МПа. Помимо него в схеме есть выпускной клапан для сброса пара в конце цикла, дренаж конденсата, обратные клапаны и фильтр на линии впуска воздуха после вакуума. Температуру измеряют термометром сопротивления в самой холодной точке камеры, обычно у слива, давление — манометром и электронным датчиком. Контроллер ведёт цикл по программе, показывает параметры на дисплее и у многих моделей печатает или сохраняет протокол каждого цикла — основу журнала контроля.
Обработка выхлопа
При стерилизации инфицированных отходов в первые минуты из камеры может уходить воздух с аэрозолем. Для таких задач выпускают автоклавы со сбором конденсата и фильтрацией выхлопа, например КАДАММ СП-В35. Подробнее об этом — в статье «Обеззараживание лабораторных отходов в автоклаве», а к какому классу относятся отходы и как их собирать до обработки — в статье «Классы медицинских отходов А, Б, В, Г и Д».
Как из камеры удаляют воздух
Воздух тяжелее пара и плохо с ним смешивается. Если его не удалить, он скапливается внизу камеры и внутри упаковок, и там стерилизация идёт при пониженной температуре. Способов удаления воздуха два.
Гравитационное вытеснение. Пар подают сверху или образуют в камере, а воздух вытесняется вниз и уходит через открытый выпускной клапан. Когда из клапана идёт чистый пар, его закрывают, и начинается набор давления. Способ прост и надёжен для открытой посуды, жидкостей и неупакованных изделий, но плохо справляется с пористыми материалами, длинными трубками и изделиями в пакетах: воздух остаётся в порах и каналах.
Импульсный предварительный вакуум. Вакуумный насос откачивает камеру, затем в неё впускают пар, снова откачивают — и так несколько раз. У КАДАММ СП-Н8 таких импульсов три, у вертикальной серии КАДАММ СП-В34 предельный вакуум составляет −0,096 МПа. Каждый импульс разбавляет остаток воздуха, и пар проникает в пористую загрузку и полые изделия. Работу этой фазы проверяют вакуумным тестом на герметичность и тестом Боуи — Дика; методы контроля описаны в статье «Контроль качества стерилизации в автоклаве».
Наличие вакуумного насоса — главное конструктивное различие между простым и «полным» паровым стерилизатором. От него зависит, какие изделия можно стерилизовать в упаковке и насколько сухими они выйдут из камеры.
Сушка загрузки
После выдержки на изделиях остаётся конденсат. Мокрая упаковка теряет барьерные свойства: через влажную бумагу микроорганизмы проходят, а при хранении в ней развивается плесень. Поэтому для упакованных изделий сушка обязательна, для жидкостей и открытой посуды она не нужна.
Сушат тремя способами. Простейший — остаточным теплом стенок при приоткрытой двери. Лучше работает подогрев камеры или рубашки после сброса пара: так устроена сушка в вертикальных сериях вроде КАДАММ СП-В27. Наиболее эффективна вакуумная сушка: насос снижает давление, вода на горячих поверхностях вскипает при низкой температуре и удаляется, а в конце в камеру впускают воздух через стерилизующий фильтр. Длительность сушки задают программой.
Цикл стерилизации по шагам
| Фаза | Что происходит | Что контролируют |
|---|---|---|
| Подготовка | Загрузка, закрытие и блокировка двери, проверка уровня воды | Датчик двери, уровень воды |
| Удаление воздуха | Вытеснение паром или импульсы вакуума | Давление, глубина вакуума, число импульсов |
| Нагрев | Подача пара, рост давления и температуры до заданных | Соответствие давления и температуры |
| Выдержка (стерилизация) | Поддержание режима заданное время | Температура в холодной точке, таймер |
| Сброс давления | Выпуск пара; для жидкостей — медленно, чтобы не вскипели | Скорость сброса, температура загрузки |
| Сушка | Подогрев или вакуум, впуск воздуха через фильтр | Время сушки, давление |
| Окончание | Разблокировка двери, печать или запись протокола | Протокол цикла |
Отдельно стоит сказать о жидкостях. Раствор в бутыли прогревается медленнее камеры и после выдержки остаётся перегретым. Если сбросить давление быстро, он вскипит и выплеснется. Поэтому для сред и растворов используют программы с медленным сбросом давления и датчиком температуры в контрольной ёмкости. Об этом подробно — в статье «Стерилизация питательных сред в автоклаве».
Виды автоклавов по конструкции
Виды автоклавов различают прежде всего по расположению камеры, объёму и способу загрузки.
| Вид | Объём камеры в каталоге КАДАММ | Загрузка | Где применяют |
|---|---|---|---|
| Портативный | 18–24 л | Сверху, крышка | Небольшие партии посуды и сред, выездная работа |
| Настольный | 8–90 л | Спереди, дверь | Пакеты, мелкие изделия, ежедневные короткие циклы |
| Кассетный | 1,8–6 л | Выдвижная кассета | Небольшие партии инструментов с быстрым оборотом |
| Вертикальный | 30–200 л | Сверху, корзины | Среды, посуда, отходы в микробиологической лаборатории |
| Горизонтальный | 60–13600 л | Спереди, полки и тележки | Большие объёмы, крупногабаритные изделия, производство |
| Проходной | 146–1500 л | Две двери в разные зоны | Барьер между чистой и грязной зоной |
Портативные и настольные
Портативный автоклав — сосуд с нагревателем на дне и крышкой сверху. Например, КАДАММ СП-П1 работает при 126 °C и 0,14 МПа и включается в обычную розетку. Это самый простой вид: воздух удаляется вытеснением, сушки нет. Настольные автоклавы с фронтальной дверью устроены сложнее: в них есть парогенератор, бак для воды, у старших серий — вакуумный насос и сушка. Кассетные стерилизаторы вроде КАДАММ СП-К1 работают с маленькой выдвижной кассетой и рассчитаны на частые короткие циклы. Все эти модели собраны в разделе «Настольные и портативные автоклавы».
Вертикальные
Вертикальный автоклав — цилиндрическая камера с загрузкой сверху, стоящая на полу. Это основной прибор микробиологической лаборатории: в корзины удобно ставить колбы со средами и пакеты с отходами. Простые серии, как КАДАММ СП-В1 на 30–100 л, работают с вытеснением воздуха; есть исполнения с сушкой и с импульсным вакуумом. Модельный ряд — в разделе «Вертикальные автоклавы».
Горизонтальные
В горизонтальном автоклаве камера лежит, загрузка подаётся спереди на полках или тележках. Такая компоновка нужна для больших объёмов и крупных изделий, она позволяет встроить парогенератор, вакуумную систему и рубашку. Горизонтальные машины работают от встроенного парогенератора или от внешнего пара, с ручной, подъёмной, автоматической или сдвижной дверью. Например, КАДАММ СП-Г9 на 60–450 л имеет импульсный вакуум и вакуумную сушку. Серии — в разделе «Горизонтальные автоклавы».
Проходные
Проходной автоклав — горизонтальная машина с двумя дверями. Её встраивают в стену между двумя помещениями: загружают с одной стороны, выгружают с другой, и двери не открываются одновременно. Так стерилизатор становится барьером между «грязной» и «чистой» зоной: в виварии, в лаборатории с повышенным уровнем биологической безопасности, на производстве. Примеры — КАДАММ СП-Г24 и КАДАММ СП-Г26; все модели собраны в разделе «Проходные автоклавы».
Классы N, B и S: другой способ деления
Помимо конструкции, малые паровые стерилизаторы делят на классы по европейскому стандарту EN 13060. Класс N рассчитан на неупакованные сплошные изделия, класс B — на любые, в том числе упакованные, пористые и полые, за счёт импульсного вакуума и сушки; класс S — на загрузки, указанные изготовителем. Класс описывает возможности цикла, а не размер или качество прибора. Подробно — в статье «Классы автоклавов B, N и S».
Для медицинского применения нужен стерилизатор с регистрационным удостоверением. Модели КАДАММ в нашем каталоге — лабораторные. Требования к оборудованию этой сферы разобраны в статье «Медицинский и стоматологический автоклав».
Если в лаборатории стоят отечественные стерилизаторы прежних лет выпуска, подбор замены по объёму и типу описан в статье «Аналоги стерилизаторов ГК-100, ВК-75 и ГП-400».
Как выбрать вид автоклава
- Что стерилизуете. Открытая посуда и жидкости — достаточно вытеснения воздуха. Изделия в упаковке, текстиль, фильтры, трубки — нужен импульсный вакуум и сушка.
- Сколько за смену. Объём камеры подбирают по самой крупной разовой загрузке с запасом на свободную циркуляцию пара: камеру не заполняют вплотную.
- Где будет стоять. Настольный прибор требует стола и розетки, вертикальный — пола и слива, горизонтальный — трёхфазной сети или паровой магистрали, водоподготовки и места для обслуживания.
- Нужен ли барьер. При разделении помещений на чистую и грязную зону ставят проходной автоклав.
- Документирование. Если по СОП нужен протокол каждого цикла, выбирайте модель с печатью или записью данных.
Наши инженеры подберут серию под ваши загрузки, помещение и порядок контроля. Опишите задачу — предложим модель и комплектацию.