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Peressigsäure-Desinfektion (I)
Grundlagen und Anwendungender modernen
Gerd Schreiner
FACHAKADEMIE FÜR ANGEWANDTE HYGIENEBitterfeld-Wolfen
www.angew-hygiene.de
6.6.16.26.37.
7.17.27.3
7.4
7.4.1
7.4.2
7.4.37.4.47.4.5
7.4.5.17.4.5.2
8.9.
DesinfektionAllgemeinesWirkungsspektrum der PES“Blitzwirkung” der PESDas Wofasteril-Kombiverfahren vonder Idee zum ErfolgVorleistungenDie Aufhebung der KorrosivitätAuswirkungen der Alkalisierung auf das Stoffsystem PESVom Laborexperiment zum praxistauglichenDesinfektionsverfahren
Wichtige Einsatzgebiete desWofasteril-KombiverfahrensLiteratur
Anhang: Merkblätter für Einsatzkräfte
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Listungen bestätigen die enormeDesinfektionsleistungFehlerquellen beim Wofasteril (E400)-KombiverfahrenDosiertechnik und FixverhältnisApplikationsverfahrenKontrolle des AHP-Gehaltes von PES-Lösungen normal und alkalisiertTitrationsverfahrenPES-Teststäbchen von Merck
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1982 Nationalpreis der DDR für Wissenschaft und Technik.
1991 mit Ehefrau Birgit - ebenfalls Dipl.-Chem. - Gründer und Ge-schäftsführer der Kesla Chemie GmbH (später Kesla Pharma Wolfen GmbH). Diese wird 1993 Rechtsnachfolgerin der Pharmasparte der Farbenfabrik Wolfen im Chemiekombinat Bitterfeld und übernimmt hier die seit 1970 bestehende Produk-tionsstätte für Peressigsäure-Spezialitäten (Wofasteril).
Seither auch mit der Weiterentwicklung von PES-Spezialitätenund deren Anwendungsverfahren beschäftigt.
2003 Errichtung der Schreiner-Stiftung für Forschung und Bildung, die jetzt Mehrheitseignerin der Kesla-Unternehmens-gruppe ist. Seit Gründung der Fachakademie für angewandte Hygiene als Fortbildungswerk der Stiftung ist der Autor auchVorsitzender des wissenschaftlichen Beirates und steht in der Fachakademie für die Lehrgebiete „Chemie der Mikrobizide“ sowie „Chemisch-physikalische Grundlagen der Reinigung & Desinfektion“.
Inhalt
Der lautlose Krieg
1.
1.11.21.31.41.51.62.2.12.2
2.33.3.13.24.4.14.24.35.
5.15.25.35.4
Historische Meilensteine derPeressigsäure-DesinfektionFreer und Novy 1902D’Ans und Frey 1912Greenspan und McKellar 1951Kline und Hull 1960Sprößig und Mücke (ab 1961)Wofasteril 1969Was ist Peressigsäure wirklich?Acetylierungsstufen des WPOVom “ballistischen Geschoss” WPO zurTrägerwaffe AHPAHP oder PES?Das PES-GleichgewichtMassenwirkungsgesetzModell der kommunizierenden RöhrenStabilität von AHP in wässriger LösungHydrolysePeroxidzerfallGefahrstoffklasse 5.2Korrosion von Eisenmetallen durchPES-LösungenUrsacheSäurekorrosionSauerstoffkorrosionAufhebung der Eisenkorrosion
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Zum Autor
Dipl.-Ing. (FH) in Textilveredlung (Reichenbach/V.1966). Dipl.-Chemiker (Universität Halle 1972), Fachchemiker für Textil-chemie (TU Dresden 1976), Dr.-Ing. (MTI Moskau 1977).
Zuerst Anwendungsingenieur, dann als leitender Chemiker ist Dr. Schreiner in der industriellen Forschung der Farbenfabrik Wolfen tätig. Bis 1990 über 25 Publikationen, mehr als 30 Patente,
2
Lautloser Krieg
Fast überall herrscht Kriegszustand - unsichtbar,
lautlos und ohne Ende. Auf einer Seite die Urformen
des Lebens: Bakterien, Pilze, Viren. Darunter etliche
Krankheitserreger - ausgestattet mit kaum
Vermehrungsfähigkeit und raffiniertenvorstellbarer
Überlebensstrategien. Geraten Bazillen in Gefahr,
bilden sie im Inneren Sporen von unglaublicher
Robustheit - biologische Zeitzünderbomben, die
Trockenheit, Siedehitze und extreme Kälte
unbeschadet überstehen. Praktisch gewichtslos,
werden sie unaufhörlich durch Luft und Wasser
verbreitet. Bis die gepanzerten Keime genügend
Wasser und Nährstoffe vorfinden, um aus ihrem
Scheintod zu erwachen. Explosionsartiges
Wachstum bricht sich dann Bahn: Pro Tag Milliarden
Nachkommen aus einem einzigen Keim.
Auch Viren, Formen an der äußersten Grenze des
Lebens, sind gefährliche Gegner. Außerhalb von
lebenden Zellen nur passive Materie, aber mit dia-
bolischer Struktur. Ausgestattet mit der Fähigkeit zur
Durchdringung der Zellwand, sabotiert der Virus dort
die normale Funktion der Zelle. Sie muss von nun an
bis zum Tod „Vampire“ nach fremdem Vorbild fabri-
zieren. Geschützt durch die Wände der mißbrauch-
ten Zellen wächst fremde Brut zur Invasion neuer
Zellen heran. Eine Kettenreaktion mit oft unheil-
vollen Folgen.
Aber auch die Gegenseite - der Mensch - hat wir-
kungsvolle Waffen in diesem lautlosen Krieg: Es sind
Desinfektionsmittel - insbesondere die modernen
Peressigsäure-Spezialitäten. 1986 eröffnet R. A.
Simms, Repräsentant der britischen Solvay Interox
Ltd. einen Vortrag in Wolfen mit dem Credo:
„Peracetic acid is the best Desinfecting/ Sterilising Active Ingredient in the World.“
Kürzer und besser kann man es nicht ausdrücken
Peressigsäure (kurz PES) tritt in der Praxis nie als chemi-sches Individuum auf, sondern stets als Stoffsystem von (mindestens) vier Komponenten. Diese stehen normalerweise untereinander in einem chemischen Gleichgewicht. In diesem Gleichgewicht kann man keine Komponente verändern, ohne dass sich die anderen ebenfalls ändern.
PES ist nicht nur eines der faszinierendesten
Stoffsysteme, das man sich vorstellen kann, PES ist
auch einer der verlässlichsten Helfer, eine der
machtvollsten Waffen des Menschen im lautlosen
Krieg. Aber der gezielte Einsatz dieses Des-
infektionsmittels der Superlative erfordert ein
Minimum an Kenntnis über seine chemischenEigenheiten. Diese unterscheiden sich von der
Mehrzahl aller bekannten mikrobiziden Wirkstoffe.
Das hier erarbeitete Lehrmaterial soll die wichtigsten
Grundlagen zum Verständnis der PES-Chemie so
darlegen, dass der Leser zur bewussten Anwendung
befähigt wird und das große Potential dieses
Stoffsystems gefahrlos und stoffgerecht nutzen
kann.
1. Historische Meilensteine der Peressigsäure-Desinfektion
1.1 Freer und Novy 1902
In der historischen Rückschau der Peressigsäure-
Desinfektion offenbart sich der Nutzen fachüber-
greifender Zusammenarbeit zwischen Chemie, Bio-
logie und Medizin schon von Anbeginn und in selten
klarer Ausprägung. Die erste maßgebende Veröf-
fentlichung über die immense keimtötende Wirkung
der Peressigsäure stammt von Paul C. Freer und
Frederick G. Novy aus den Laboratorien für Allge-
meine Chemie und Hygiene der Universität von
Michigan, Ann Arbor. /1/ Der Beitrag wird 1902 im
American Chemical Journal unter dem Titel „On the
formation, decomposition and germicidal action of
benzoyl acetyl and diacetylperoxides“ veröffentlicht.
Er umfasst 31 Seiten. 27 Seiten sind der Chemie
gewidmet, die letzen vier beschäftigen sich mit den
germiziden Effekten. Bemerkenswert ist aber schon
die Herkunft der Arbeit. Es ist bis heute im universi-
tären Bereich eher die Ausnahme, dass Chemie und
Hygiene unter einem gemeinsamen Dach friedlich
und fruchtbar koexistieren können.
3
1.2 d'Ans und Frey 1912
Die verdiente große Resonanz der Fachwelt auf
diese Pionierarbeit läßt auf sich warten. 10 Jahre
später stellen d'Ans und Frey zunächst einmal fest,
dass das reine organische Peroxid äußerst explosiv
ist /2/. Interessierte aller mit Hygieneproblemen
befassten Wissensbereiche ermuntert ein solcher
Befund kaum dazu, mit dieser zwar bemerkens-
werten, aber möglicherweise auch mit exorbitanten
Risiken behafteten Substanz weiter zu experimen-
tieren. Negatives breitet sich schneller aus und
haftet länger.
1.3 Greenspan und McKellar
Erst nach den beiden folgenden Weltkriegen taucht
die PES wieder auf. In den Jahren von 1950 bis 1960
erscheinen - gleichsam wie „Weckrufe“ - vier Arbei-
ten im englischsprachigen Raum: 1951 die Arbeit
von Greenspan und Mc Kellar in den USA über
frappierende Ergebnisse bei der Bekämpfung von
Schimmelpilzen und Hefezellen auf Tomaten. PES
belegt Platz 1 unter allen geprüften Mikrobiziden und
das mit weitem Abstand /3/.
1956 berichtet Lowings über die Wirkung von Mikrobiziden beim Schutz von Erdbeeren vor Verpilzung in der englischen Grafschaft Kent im offenbar sehr nassen Jahr 1955. Nur ein einziges der geprüften und potenziell lebensmitteltauglichen Mikrobizide ist geeignet: PES! /4/
1957 teilen Trexler und Reynolds Resultate zum erfolg-reichen Einsatz von PES bei der keimfreien Aufzucht von Versuchstieren mit /5/.
1.4 Kline und Hull
1960 schließlich erscheint ein Artikel von Kline und
Hull mit aufsehenerregenden Ergebnissen über die
Viruzidie der PES /6/. Mit 0,04 % PES erreichen die
Autoren beim Poliovirus Typ I, einem der resisten-
testen Viren überhaupt, eine Titerreduktion um 7,5
log-Stufen. Für den äquivalenten Effekt benötigt man
beim WPO die 75fache Konzentration und die
15fache Einwirkzeit (EWZ), bei Formaldehyd die
125-fache Konzentration und die 6fache EWZ und
bei Phenol gar die 500fache Konzentration und mehr
als das 250fache der EWZ. Bei den meisten der ge-
prüften Wirkstoffe und Handelsprodukte wurde eine
solche Titerreduktion überhaupt nicht erreicht.
Bild 1 fasst die für uns wichtigsten Ergebnisse dieser
bahnbrechenden Arbeit tabellarisch zusammen. Die
Aussagen sind sensationell. Die linke Seite der
Tabelle stellt eine durchgehende Erfolgsbilanz dar:
Die „Hydrolysed Acetyl Peroxide“ genannte Sub-
stanz liquidiert alle geprüften Keime (grünes Feld mit
Minuszeichen) - die meisten schon nach einer
Minute Einwirkzeit (EWZ), die resistentesten nach
drei Minuten.
Die Konzentration des „hydrolysierten Acetylper-
oxides“, das wir heute irreführend als Per-essigsäure (PES) bezeichnen, wurde auf Aktiv-
sauerstoff (AO) umgerechnet.
Die Molmasse von atomarem Sauerstoff AO beträgt 16, die von PES 76. Der Umrechnungsfaktor von PES zu AOist 16/76 = 0,21. Will man umgekehrt wissen, wie viel PES 0,026 % AO sind, muss man durch 0,21 teilen. Man kommt so auf eine PES-Konzentration von 0,12 %, mit der damals diese sensationellen Resultate erzielt wurden.
Auch ist bemerkenswert, dass sich unter den Prüf-
keimen bereits Milzbrandsporen (Spores anthrax
B.) befanden. Diese spielen für die Perversionen
einer biologischen Kriegführung bzw. beim Bioterro-
rismus eine besondere Rolle.
Die rechte Seite der Tabelle in Bild 1 ist das Gegen-
teil der linken. Mit Ausnahme der empfindlichen
Choleravibrionen und der Sporen des Heubazillus
bleibt Wasserstoffperoxid (WPO) erfolglos gegen
die Mehrzahl der Keimarten (rotes Feld und Pluszei-
chen: beim Versuch überleben vermehrungsfähige
Keime). Beim WPO ist der Umrechnungsfaktor
16/34 = 0,47. Die angegebene WPO-Lösung mit
0,05%AO enthielt also 0,1% H O .2 2
Wirkungsvergleich PES und H O2 2(aus: P.C. Freer u. F.G. Novy: Am Chem J. Vol. Vol. XXVII,March, 1902, No. 3, p161 - 192Laborities of General Chemistry and of Hygiene, University of Michigan
Bild 1
4
duktenforschung („Z-Labor“) der Farbenfabrik gearbeitet. Wissenschaftlicher Leiter des Z-Labors und Doktorvater von Mücke war Prof. Dr. Alfred Rieche, der in Personal-union den Lehrstuhl für Technische Chemie der Universität Jena innehatte und als ausgewiesener Spezialist für orga-nische Peroxide gilt. Eine damals vorbildliche Verquickungvon Industrieforschung und Hochschullehre.
Ende 1961 findet Mücke im „Chemischen Zentralblatt“ die Kurzfassung des Artikels von Kline und Hull /6/. Man kann sich vorstellen, wie die Aussagen über die Wirksamkeit von PES gegen Polioviren damals einen medizinischen Mikrobiologen elektrisiert haben müssten. Aber: Hätte ein Chemiker ohne Verbindung zur Virologie davon Notiz genommen? Was hätte andererseits ein Mediziner getan,der nicht weiß, woher er diese interessante aber auch ziemlich exotische PES bekommt? Zu Anfang der 1960er Jahre gibt es noch keine Bezugsquelle für PES.
Der eben zum Professor berufene Martin Sprößig erkennt sehr wohl seine wissenschaftliche Profilierungschance mit einer solchen Substanz der Superlative. Auch verfügt er als Institutsdirektor über das Potenzial des modernsten unter den virologischen Labors der damaligen DDR. Dazu hat er einen Chemiker im eigenen Haus, der von seinem Doktorvater Rieche her die Chemie der organischen Peroxide kennt und es für machbar hält, die für Test-versuche erforderliche PES selbst herzustellen.
Mit dieser bemerkenswerten Konstellation beginnt
eine wissenschaftlich aufregende Zeit. Bisweilen
sind die Ergebnisse so spektakulär, dass man sich
vor der Veröffentlichung scheut und an Fehler beim
Experimentieren glaubt. Nein, es sind keine Fehler,
es ist die unglaubliche Wirksamkeit der PES. Im
Oktober 1963 tragen Sprößig und Mücke erstmals
ihre Ergebnisse über die viruzide Wirksamkeit von
PES/Alkohol-Gemischen auf der Jahrestagung der
Gesellschaft für Seuchenschutz in Leipzig vor.
1.6 Wofasteril
1965 kommt es dann zu einer immer engeren kon-
struktiven Zusammenarbeit zwischen dem Erfurter
Arbeitskreis und der Pharmasparte der Farbenfabrik
Wolfen, die vom Pharmazierat Dr. Manfred Möhring
geleitet wird. 1969 wird die Farbenfabrik Wolfen ins
neue Chemiekombinat Bitterfeld eingegliedert. Die
Kooperation gipfelt in der Schaffung des überaus
effektiven Desinfektionsmittels Wofasteril auf Basis
einer 40 % (G/V) Gleichgewichts-PES.
Dem geht eine etwa 20 % (G/V)-PES voraus, die aber in Wirkung und Materialökonomie bezogen auf das damals nur in begrenzten Mengen verfügbare 70 % H O - bei 2 2
praktisch gleicher Sicherheit durch die höher konzentrierte Version deutlich übertroffen wird. Auch in der CSSR entscheidet man sich für ein vergleichbar hoch konzen-triertes PES-Produkt mit der Bezeichnung Persteril .
Die Resultate von Kline und Hull auf einen Blick:0,04 % PES führten beim Poliovirus Typ 1 zu einerTiterreduktion von 7,5 log-Stufen.
Für den äquivalenten Effekt waren erforderlich:
15fach
6fach
250fach
Wasserstoff-peroxid
Formaldehyd
Phenol
Wirkstoff
75fach
125fach
500fach
Konzentration Einwirkzeit
Mit diesem letzten Signal endet der „Dornröschen-
schlaf“ der PES. Es sind nun zwei osteuropäische
Institutionen, an denen die PES als Mikrobizid richtig
und dauerhaft zum Leben erwacht. Die zwei Arbeits-
kreise bilden sich etwa zeitgleich und profilieren sich
für viele Jahre als wissenschaftliche Gravitations-
zentren der PES-Anwendung: In der damaligen
CSSR ist es der um den Generalmajor Prof. Dr.
Bohumil Tichacek am Militärmedizinischen Institut
für Hygiene und Epidemiologie in Prag /7/ und - für
mehr als ein Vierteljahrhundert - der Arbeitskreis um
Prof. Dr. Martin Sprößig und Dr. Horst Mücke am
Institut für Medizinische Mikrobiologie und Epi-
demiologie der Medizinischen Akademie Erfurt /8/.
Die in beiden Arbeitskreisen durchgeführten Studien
kann man mit Recht als Auftakt zu einer echten
„Sternstunde der Desinfektion“ bezeichnen. Die be-
teiligten Wissenschaftler erfahren allerdings erst
1966 voneinander. Danach besteht zwischen beiden
Arbeitskreisen für viele Jahre ein reger kollegialer
Erfahrungsaustausch.
1.5 Sprößig und Mücke (ab 1961)
Wenn wir nun etwas eingehender über die Situation in Erfurt sprechen, bedeutet das keine Wertung, sondern ist dem besseren persönlichen Kenntnisstand geschuldet. Am Institut für Medizinische Mikrobiologie der Medizi-nischen Akademie treffen 1961 zwei Wissenschaftler zu-sammen, die gemeinsam die Voraussetzungen für frucht-bare, erfolgreiche und nachhaltige Forschung haben. Es sind dies der Chemiker Horst Mücke und der Mediziner Martin Sprößig.
Mücke war von der Farbenfabrik Wolfen nach Erfurt gegangen und trat 1960 eine Stelle am Institut für Medi-zinische Mikrobiologie der Medizinischen Akademie an. Vorher hatte er als Doktorand im Labor für Zwischenpro-
Bild 2
5
2. Was ist Peressigsäure wirklich?
2.1Acetylierungsstufen des WPO
Verkehrsübliche PES ist 1. keine Monoverbindung
und 2. ist der eigentliche mikrobizide Wirkstoff auch
keine Säure im traditionellen chemischen Sinne.
Dazu werfen wir einen Blick auf Bild 5.
Hier sind die beiden Acetylierungsstufen von
Wasserstoffperoxid und die mit der Molekülver-
änderung einhergehenden Eigenschaftsänderun-
gen tabellarisch dargestellt.
H O ist ein naher Verwandter des Wassers und da-2 2
her mischen sich beide miteinander in jedem Ver-
hältnis. Die hydrophilen („wasserliebenden)
Strukturelemente sind im Bild blau markiert. Mit Ölen
und anderen unpolaren Kohlenwasserstoff-
verbindungen sind weder Wasser noch sein Peroxid
mischbar. Ersetzt man aber ein Wasserstoffatom
durch einen lipophilen („fettliebenden“) Acetylrest,
entsteht ein Molekül Acetylhydroperoxid, künftig
mit AHP abgekürzt. AHP hat ein lipophiles („fettlie-
benden“) Ende, das hier gelb gekennzeichnet ist und
ein hydrophiles Ende (blau markiert). Diese lipophil-
hydrophile Polarität verleiht dem AHP die außer-
ordentlich wertvolle Fähigkeit, sich sowohl unbe-
grenzt mit Wasser als auch mit fettähnlichen Sub-
stanzen zu mischen.
+mäßig
+++maximal
(+)gering
Acetylierungsstufen von H 02 2Löslichkeit in Wasserund Öl
AntimikrobielleWirksamkeit
wasserlöslichöllöslich
nicht wasserlöslichöllöslich
wasserlöslichnicht öllöslich
+ CH COOH3
- H O2
+ CH COOH3
- H O2
- CH COOH3
+ H O2
Acetylhydroperoxid(”Peressigsäure”)
Diacetylperoxid
Wasserstoffperoxid
O
OOHCCH3
O
CCH3
O
OOC CH3
HOOH
- CH COOH3
+ H O2
Acetylierung(Veresterung) Hydrolyse
Bild 5
Nicht zu verwechseln sind diese speziell als Des-infektionsmittel entwickelten PES-Konzentrate mit der bei der Degussa und von 1958 bis 1997 auch bei der britischen Solvay Interox hergestellten 40 %igen Epoxidierungs-PES.
1969 startet die Pilotproduktion des Desinfek-
tionsmittels Wofasteril, 1972 geht eine prozess-
gesteuerte Anlage in Betrieb. Im gleichen Jahr erhält
Wofasteril in der damaligen DDR die Zulassung.als
Arzneimittel für die Haut- und Händedesinfektion.
Mit Aufnahme der Wofasteril-Produktion regt sich in
nahezu allen Hygienebereichen das Interesse an
der Erprobung des neuen Desinfektionsmittels der
Superlative.
Treffen der “Wofasteril-Pioniere” im Oktober 2003 zum Symposium ”Peressigsäure - gestern, heute, morgen”.Von links: Prof. Kurt Wendt, Prof. Eberhard Werner, Dr.Manfred Möhring, Prof. Martin Sprößig, Dr. Peter Trenner,Reinhard Steffler, Dr. Horst Mücke, Dr. Gerd Schreiner
Über die Eigenschaftsunterschiede als Folge des unterschiedlichen Aufbaues dieser beiden 40 %igen PES-Produkte wird später noch eingegangen.
Bild 3
Bild 4
6
Die in biologischen Systemen vorhandenen Mem-
branen mit fettartigen Phospholipid-Zwischen-
schichten grenzen Wasser und WPO aus, sind aber
kein Hindernis für eine polar aufgebaute Substanz
wie AHP (Acetylhydroperoxid). So verwundert es
auch nicht, dass dieser Abkömmling des H O das 2 2
Maximum an mikrobizider Wirksamkeit erreicht.
Wird nun noch das zweite H-Atom durch eine Acetyl-
gruppe ersetzt, entsteht das bei Raumtemperatur
wachsähnliche Diacetylperoxid. Hier überwiegen
jetzt die lipophilen Strukturelemente. Diese Sub-
stanz ist leicht öllöslich. Die Wasserlöslichkeit ist
sehr begrenzt und eine antimikrobielle Wirksamkeit
kaum noch vorhanden.
Wir erinnern uns an dieser Stelle, dass Freer und
Novy durch Hydrolyse von mikrobiell inaktivem
Diacetylperoxid einen machtvollen Wirkstoff gegen
Bakterien und Sporen fanden, der wasserlöslich
war und den sie als „Hydrolized Acetyl Peroxide“
bezeichneten. Das ist im Schema der Weg von
unten nach oben. Heute wird der Wirkstoff AHP in
umgekehrter Richtung durch einer der Veresterung
analoge Reaktion von WPO mit Essigsäure
hergestellt. Die Bezeichnung Acetylhydroperoxid
trifft den chemischen Sachverhalt weitaus besser,
wenn man von dem mikrobiziden Wirkstoff spricht.
Später haben sich weltweit die Bezeichnungen
Peressigsäure, Peroxyessigsäure, Peracetic acid
oder Peroxyacetic acid etabliert, deutsch als PES
und englisch als PAA abgekürzt. Es ist sehr sinnvoll,
die handelsüblichen Gleichgewichts-Peressig-
säuren als PES oder PAA zu bezeichnen. Es sind
Stoffgemische aus mindestens vier Komponenten,
von denen allein das AHP für die mikrobizide
Wirkung verantwortlich ist.
2.2 Vom „ballistischen Geschoss“ WPO zur„Trägerwaffe AHP“
Warum wirkt WPO als Muttersubstanz aller orga-
nischen Peroxide so schwach mikrobizid im Ver-
gleich zu ihrem Abkömmling AHP? WPO hat gegen-
über AHP zwei wesentliche Handicaps: 1. Es durch-
dringt infolge seiner fehlenden Öl- oder Fettlöslich-
keit nur schwer biologische Membranen, die
Sperrschichten aus Phospholipiden besitzen. 2. Seit
die Evolution die Sauerstoffatmung „erfand“,
entstehen innerhalb (aerober) Zellen ununter-
brochen radikalische Sauerstoffverbindungen als
Stoffwechselprodukte. Die wirken stark zelltoxisch.
Für das Überleben in Sauerstoffatmosphäre müssen
also sehr effektive Entgiftungsenzyme vorhanden
sein. Von diesen sind vor allem zwei wichtig, die
Hand in Hand arbeiten:
1. Die Peroxidase-Dismutase. Sie verwandelt
radikalische Sauerstoffverbindungen in WPO:
+2 O + 2 H + O2 2
. Die eisenhaltige Katalase. Diese entsorgt das
gebildete WPO sehr rasch durch Spaltung in Wasser
und molekularen Sauerstoff:
2 2 H O + O2 2
Wir können uns deshalb die meisten aeroben Mikro-
ben wie durch eine Art „Katalase-Schutzschild“ /10/
umhüllt denken, an denen die von außen auftreffen-
den WPO-Moleküle wie ballistische Projektile ohne
ausreichende Durchschlagskraft zerplatzen.
(Bild 6A)
Ihr Aktivsauerstoff wird durch die hocheffiziente
Katalase zu harmlosem Luftsauerstoff deaktiviert.
Nicht so bei AHP. Aus Sicht der Mikroben würde die
AHP-Bildung aus Essigsäure und H O wie die Mon-2 2
tage einer höchst bedrohlichen Trägerwaffe erschei-
nen, gegen die es keine Verteidigung gibt: Weder
sind die Lipidschichten der Zellmembranen in der
Lage Schutz zu geben, noch ist das WPO-zer-
setzende Enzym Katalase gegen AHP wirksam./10/
H O2 2
H O2 2
2
7
Bild 6
Die hervorragend lipidlöslichen PES-Moleküle
durchdringen alle schützenden Zellmembranen und
transportieren ihre für die Mikroorganismen lebens-
gefährliche Aktivsauerstoff-Fracht bis zu den unge-
schützten und oxidationsempfindlichen Stoffwech-
selenzymen im Mikrobeninneren (Bild 6 B). Bevor-
zugt werden Strukturelemente mit SH- oder S-S-
Gruppen aufoxidiert. Sie verlieren dadurch irrever-
sibel ihre Funktionstüchtigkeit, der Zellstoffwechsel
bricht zusammen.
2.3 VomAHP zur Peressigsäure?
Erst rund ein Jahrzehnt nach Entdeckung der fabel-
haften germiziden Eigenschaften des AHP durch
Freer und Novy erscheint in der chemischen Fach-
literatur wieder ein größerer Artikel zum Thema. Es
ist der Beitrag „Direkte Darstellung organischer
Persäuren“ von d'Ans und Frey aus dem Chemi-
schen Institut der TH Darmstadt. Die Autoren stellen
fest, dass die Umsetzung von organischen
Carbonsäuren mit Wasserstoffperoxid als Gleichge-wichtsreaktion abläuft und durch Mineralsäuren
katalysiert werden muss.
Reine PES
lässt sich so nicht darstellen. Das ist auch nicht
empfehlenswert, denn das von Frey als
„Peressigsäure“ dargestellte AHP ist in reiner Form
„... eine wasserklare, glänzende Flüssigkeit vom
Schmelzpunkt + 0,1 °C. Sie ist äußerst explosiv.“/2/
Solche Reaktionen bleiben
bei einem bestimmten Umsatzgrad stehen, wo sich
Bildung und Zerfall die Waage halten.
Katalase-Schutzschild
O
AO
AOAO
AO
O
Peressigsäure-molekül
Wasserstoff-peroxidmolekül
Aktivsauerstoff inAktion
AO
AO
A) WPO - Angriff B) AHP - Angriff
Aktivsauerstoffmolekular gebunden
AO
Deaktivierung des AO amKatalase-Schutzschild
Durchdringung desKatalase-
Schutzschildes
AO
Schemabild der mikrobiziden Wirkungvon A) Wasserstoffperoxid (WPO) und B) Acetylhydroperoxid (AHP)
Zwei Sachverhalte aus dieser Arbeit prägen das Bild
der PES bis in die heutige Zeit, obwohl sie so nicht
uneingeschränkt zutreffen:
Die Namensgebung „-säure“ und das Image einer
explosionsgefährlichen Substanz.
Die Bezeichnung „Peressigsäure“ oder „Peroxyessig-säure“ für das Reaktionsprodukt einer Monocarbonsäure wie der Essigsäure mit WPO ist nicht zutreffend. Die Säurefunktion der Essigsäure entsteht nämlich durch die Fähigkeit der Carboxygruppe zur Dissoziation in ein
+Wasserstoffion H (das ist die eigentliche „Säure“!) und ein -Carboxylatanion -COO
--COOH -COO +
Für die Existenzfähigkeit des Anions und damit für das Dissoziationsvermögen ist die Möglichkeit zur sog. Meso-meriestabilisierung wichtig. Dadurch wird die negative Überschussladung delokalisiert und ein günstigerer Ener-giezustand erreicht als wenn die Ladung punktförmig an einem Sauerstoffatom konzentriert wäre. Je besser die Mesomeriestabilisierung des Anions gelingt, umso stärker tendiert eine Carbonsäure zur Dissoziation und umso stär-ker ist auch die Säurewirkung. Die Hydroperoxidgruppe ist nicht dissoziationsfähig, weil keine Mesomeriestabili-sierung von Peroxidanionen stattfinden kann. Deshalb existieren auch keine Peracetatsalze in wässrigen Lösun-gen, wie man bis Ende der 1980er Jahre noch vermutet hat.
Wie ist das zu beweisen? Die vermutlich beste Methode besteht in der Kopplung Flüssigchromatographie-Massenspektroskopie (LC-MS). Dieses Verfahren liefert die Molmassen der Ionen direkt und man kann aus einer Probe nacheinander positiv und negativ geladene Teilchen bestimmen. Wäre PES eine Säure, müssten in wäßrigen Lösungen negative Ionen der Massenzahl 75 für
-dasAnion CH COOO auftreten. Das ist nicht der Fall, auch 3
nicht in alkalischen Lösungen. Statt dessen findet man aber im positiven Modus zwei interessante Clusterionen mit den Massenzahlen 83 und 99. Das erste Cluster wird aus einem Molekül undissoziierter Essigsäure (Molmasse 60) und einem positiven Natriumion (Masse 23) gebildet.Das zweite aus einem Molekül AHP, an dem ein Na-Kation haftet und dem Cluster seine positive Ladung vermittelt /11/.
+H
Bild 7
8.19e6 cps+Q1: 0.49 min (30 scans) from PES 7mg/l H2O/Naac +99
63.9
72.9
83.0
91.1
98.9
103.0
108.0
113.0
121.0
129.0
133.1
143.1
60 70 80 90 100 110 120 130 140m/z, amu
5.0e5
1.0e6
1.5e6
2.0e6
2.5e6
3.0e6
3.5e6
4.0e6
4.5e6
5.0e6
5.5e6
6.0e6
6.5e6
7.0e6
7.5e6
8.0e6Intensity,cps
+(60 + 23)
+(76 + 23)
8
CO
OHCH3 C
O
OOHCH3HOOH+ +
Essigsäure (WPO) PES Wasser
H O2
Wie kam es zum Namen „Peressigsäure“? Vermutlichdeshalb, weil sich d'Ans vor 1912 mit mehrbasigen anorganischen Persäuren wie der Monoperschwefelsäure (Caro'sche Säure) beschäftigt hatte, die aus Schwefel-säure und WPO entsteht. Da ist die Bezeichnung „Per-säure“ zutreffend, weil nur eine der beiden dissoziations-fähigen Gruppen der Schwefelsäure durch Peroxidierung blockiert wird. Die andere bleibt funktionsfähig zur Ab-
+spaltung von H (Säureionen).
Bei der Übertragung der Bezeichnung Per...säure auf einbasische organische Säuren wie Ameisensäure,Essigsäure, Propionsäure und höhere Fettsäuren als vermeintliches Analogon zur Caro'schen Säure entstehengedankliche Irritationen. Zwar reagieren auch hier die Lösungen sauer, was aber ausschließlich durch die Gleichgewichtsanteile an freier Essigsäure und nicht durch den Wirkstoff AHP verursacht wird.
3. Das PES-Gleichgewicht
3.1 Massenwirkungsgesetz
Bei der Bildungsreaktion setzt sich Essigsäure (Hac)
mit WPO zu AHP und Reaktionswasser um. Sie
erreicht ihr Gleichgewicht, wenn sich Bildung und
Zerfall von AHP die Waage halten:
1867 leiteten Guldberg und Waage am Beispiel der
ähnlichen Gleichgewichtsreaktion von Essigsäure mit
Ethanol zu Essigsäureethylester (Ethylacetat) ein Gesetz
ab, das man als Massenwirkungsgesetz bezeichnet. Es
lautet: „Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion
ist in jedem Augenblick der aktiven Masse der reagie-
renden Stoffe proportional.“
Als „aktive Masse“ verstanden sie die Menge des rea-
gierenden Stoffes je Volumeneinheit, also die Konzen-tration.
Nach dem Massenwirkungsgesetz (MWG) ist die Ge-schwindigkeit v der AHP-Bildung folglich:1
v = k · c · c 1 1 Hac WPO
und die Geschwindigkeit v der gegenläufigen Zerfalls-2reaktion (Hydrolyse):
v = k · c · c 2 2 AHP H2O
Mit k werden Proportionalitätsfaktoren bezeichnet und c sind die momentanen Stoffkonzentrationen zu einer be-stimmten Zeit t. Im Verlauf der Reaktion ändern sich die Konzentrationen ständig: c und c werden kleiner,Hac WPO
während c und c im gleichen Maße wachsen. PES H2O
AHP-Konzentrationen in Gleichgewichts-PESin Abhängigkeit vom Molverhältnis HAc/WPO und der WPO-Konzentration
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Molverhältnis Essigsäure/WPO
%A
HP
30 %50 %70 %85 %
Das geht solange bis der Gleichgewichtszustand erreicht ist und die Geschwindigkeiten von Hin- und Rückreaktion gleich sind. Wenn v = v geworden ist, gilt auch:1 2
k · c · c = k · c · c1 Hac WPO 2 PES H2O
Die Beziehung zwischen allen Reaktionsteilnehmern im Gleichgewicht lässt sich durch eine Konstante erfassen, die man meist mit K symbolisiert:C
K = k /k = c · c / c · c c 1 2 PES H2O Hac WPO
Es ist die Gleichgewichtskonstante der Reaktion.Sie hängt bei der PES-Bildung von der Konzentration der katalysierenden Schwefelsäure ab und liegt im Bereich 2,0 < K < 4,3 (Havel, S. in /7/), ähnlich der von Guldberg und C
Waage für die Bildung von Ethylacetat aus Essigsäure und Ethanol ermittelten K . Theoretisch könnte man bei C
Kenntnis von K in unserem Fall berechnen, wie sich die C
Ausbeute am Zielprodukt AHP durch Variation der Ausgangskonzentrationen verändert.
In der Praxis komplizieren sich die Verhältnisse dadurch, dass die Kenntnis der analytisch erfaßbaren Konzen-trationen nicht ausreicht, sondern dass es um die sog. Aktivitäten geht.
Die Aktivitäten berücksichtigen, dass durch verdeckte Vorgänge (Zusammenlagerung zu Clustern, Parallel-reaktionen u.a.) nicht 100 % der als Konzentration c er-fassten Moleküle für die Reaktion verfügbar sind, sondern nur der Teil:
= · c
ist der Aktivitätskoeffizient im Bereich zwischen 0 und 1. Leider sind diese Aktivitätskoeffizienten nur selten be-kannt. Sie werden meist empirisch aus der Abweichungvon Theorie und Praxis ermittelt. Im Falle der AHP-Bildungkommt erschwerend hinzu, dass Wasser nicht nur als Reaktionswasser auftritt. Es wird auch als Verdünnungs-wasser für WPO eingetragen, weil reines H O in der 2 2
industriellen Praxis nicht als Rohstoff einsetzbar ist. Bei der Herstellung niederprozentiger AHP-Produkte werden auch Essigsäure-Wasser-Mischungen als Ausgangsstoffeverwendet.
Bild 8 gibt ein Beispiel, wie die Gleichgewichtslage der AHP-Bildung vom Molverhältnis CH COOH/H O und von 3 2 2
der Konzentration des eingesetzten H O abhängt. Die 2 2
höchsten AHP-Konzentrationen werden nahe dem Mol-verhältnis 1 : 1 erreicht, weil überschüssige Essigsäure die Gleichgewichts-PES verdünnt.
Bild 8
9
Ausgangsprodukte Reaktionsprodukte
Gleichgewichts-zustand
Anfangszustand
Wasserstoff-peroxid ( 14%)
Essigsäure(30%)
Reaktor
Wasserstoff-peroxid (WPO)
Essigsäure
% %
%
Wasser( 22%)
AHP(34%)
%
Gleichgewichts-PES im Modellkommunizierender Röhren
Umwandlungsgeschwindigkeitist abhängig von:
+• Katalysatorkonzentration H• Temperatur
Betrachten wir als Beispiel die Synthese von
Wofasteril bei 60 °C im Bild 11. Bei dieser Tem-
peratur läuft die Reaktion so schnell ab, dass sie
schon nach kurzer Zeit einen gleichgewichtsnahen
(GW-)Zustand erreicht, der dem unteren Teil des
Röhrenmodells in Bild 10 entspricht.
Bild 11
Im Diagramm ist die Konzentration an Aktivsauer-
stoff (AO) abgebildet. Die Summe des AO beider
Komponenten ist der Gesamt-Sauerstoff GAO:
GAO (%) = AO (%) + AO (%)WPO AHP
Man sieht, dass der GAO während der Reaktion
konstant bleibt und nur seinen molekularen Träger
Bild 10
3.2 Modell der kommunizierenden Röhren
Statt mathematischer Rechenformeln benutzen wir
deshalb das in Bild 10 dargestellte Modell der kommunizierenden Röhren (Schreiner 2002). Es
ist anschaulicher und liefert Aussagen in vergleich-
barer Qualität. Wir denken uns dabei zwei ver-
bundene Röhren, von denen die linke die Aus-
gangsstoffe Essigsäure (gelb) und WPO (blau) ent-
hält. Die rechte Röhre zeigt die entstandenen
Mengen an den Reaktionsprodukten AHP (grün)
und Wasser (farblos) an. Die Konzentrationen
werden jeweils an einer Skala proportional
aufgetragen. Die beiden Röhren oder Subsysteme
stehen über einen symbolisierten Reaktor in
Verbindung, wo sich die Stoffumwandlung abspielt.
Beim Gleichgewicht (GW-Zustand) ist der Pegel-
stand in beiden Röhren gleich. Die Höhendifferenzder Füllstände beider Subsysteme ist ein Maß für die
momentan vorhandene Triebkraft der Ausgleichs-
reaktionen.
Durch Variation der Ausgangsstoffe und Reak-
tionsbedingungen ist die Zahl denkbarer GW- PES
mit unterschiedlicher Zusammensetzung schier un-
begrenzt. Beispiele für den Aufbau häufig ge-
handelter PES-Produkte sind in der folgenden Grafik
dargestellt.
Zusammensetzung verschiedener Peressigsäureprodukte
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Handelsprodukt mitca. 5 % AHP
Handelsprodukt mitca. 15 % AHP
Wofasteril mit ca. 40% AHP
40%igeEpoxidierungs-AHP
Desinfektionstyp Epoxidierungstyp
Wasser (%)
H2O2 (%)
Essigsäure (%)
AHP (%)
Bild 9
Bildungskinetik von Wofasteril bei 60 °C
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
18,00
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Zeit in Minuten
%Ak
tivsa
uers
toff
% AO(WPO)% AO(AHP)% GAO
10
wechselt. Nach etwa 15 - 20 Minuten hat sich schon
eine gleichgewichtsnahe Verteilung des AO zwi-
schen WPO und AHP eingespielt. In unserem Modell
der kommunizierenden Röhren ist zu diesem Zeit-
punkt der Niveauausgleich erreicht. Das Reaktions-
system befindet sich in einem dynamischen Gleich-
gewichtszustand.
Vor Beginn der Reaktion befinden sich 100 % des
AO im WPO. Nach Erreichen des Gleichgewichtes
sind etwa 54 % des AO zum AHP übergegangen, die
restlichen 46 % liegen noch als WPO vor. In der
Praxis wird in der Regel bei Umgebungstemperatur
produziert, wo die Gleichgewichtseinstellung
(„Reifeprozess“) je nach Temperatur Wochen be-
nötigen kann.
Die Darstellung zeigt die Reaktionskinetik, also die
Geschwindigkeit, mit der das reagierende Stoffsys-
tem auf seinem Gleichgewichtszustand entgegen
strebt. Der Ausgleich wird durch den Niveauunter-
schied in beiden Röhren angetrieben. Wie schnell
die Ausgleichsreaktion abläuft, wird von den Verhält-
nissen im „Reaktor“ gesteuert. Hier spielen vor allem
folgende zwei Faktoren eine Rolle:
1. Stärke und Konzentration der katalysierendenSäure und
2. die Temperatur.
4. Stabilität von AHP in wässriger Lösung
4.1 Hydrolyse
Was geschieht, wenn wir ein handelsübliches PES-
Konzentrat wie Wofasteril mit Wasser verdünnen? In
unserem Röhrenmodell hieße das, wir füllen das
rechte Subsystem mit Wasser auf. So erhöht sich
der Pegelstand gegenüber der linken Röhre. Nun
muss der Ausgleich in umgekehrter Richtung laufen:
aus AHP wird wieder Essigsäure (Hac) und WPO bis
zur Einstellung eines neuen GW-Zustandes.
Sofort nach der Wasserzugabe haben wir tatsächlich eine PES mit 20 % AHP vorliegen. Die erwartete Hydrolyse, d.h. die Rückverwandlung von AHP in Hac und WPO ver-läuft bei Raumtemperatur in der Regel nicht besonders schnell. Nach Ablauf einer Woche beträgt die AHP-Kon-zentration aber nur noch die Hälfte, dafür ist die Konzen-tration an WPO deutlich angestiegen.
Noch übersichtlicher wird das Ganze, wenn wir nur
den Aktivsauerstoff (AO) darstellen.
Bild 12
Die wichtigste Erkenntnis: Der Gesamt-AO bleibt bei diesen Vorgängen konstant. Es findet nur eine Umverteilung des AO hin zum Ausgangszu-stand statt.
Bild 13
Wir wollen als Beispiel Wofasteril (E 400), das ca. 40 % AHP enthält, zunächst einmal durch Zugabe von Wasserauf eine Konzentration von 20 % AHP verdünnen. Bild 12 zeigt, wie das GW-System auf den Wasserzusatz reagiert:
Änderung der AHP-Konzentration nach Verdünnung von Wofasteril(E 400) 1:1 mit Wasser
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
0 1 2 3 4 5 6 7
Standzeit in d
%A
HP
Änderung der AO-Verteilung beim Verdünnen von Wofasteril 1:1 mitWasser
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
0 1 2 3 4 5 6 7
Standzeit in d
AO
in% AO(AHP)
AO(WPO)
GAO
11
Kann man die Hydrolyse wieder umkehren? Ja, das ge-schieht bei Wasserentzug z.B. bei einer Flächendesin-fektion im Laufe der Wasserverdunstung in den ausge-brachten Gebrauchslösungen. Solange der GAO im Sys-tem konstant bleibt, solange ist die mikrobizide Aktivität bei solchen Verfahren noch nutzbar. In geschlossenen Sys-temen erfolgt dagegen keine Regeneration des hydro-lysierten AHP.
Im oben genannten Fall wurde das Konzentrat
Wofasteril von 40 % AHP auf 20 % verdünnt. Bei den
Desinfektionslösungen, wie sie in den Listen des
VAH (Krankenhausprophylaxe) oder der DVG für die
Bereiche „Tierhaltung“ und „Lebensmittel“ heraus-
gegeben werden, liegen die Verdünnungen von
Wofasteril im Bereich von 1:200 (entsprechend 0,5
%) bis 1:800 (0,125 %).
Im Röhrenmodell entspräche das einer derartigen
Erhöhung des Pegelstandes im rechten Subsystem,
das praktisch alle PES hydrolysiert werden müsste.
Tendenziell ist das auch der Fall. Hierauf beruht ja
auch ein wichtiger ökologischer Vorteil des Stoff-
systems PES: Der Wirkstoff AHP hinterlässt, nach-
dem er den von ihm erwarteten Desinfektionsjob
geleistet hat, nur geringe Mengen umweltverträg-
licher Essigsäure.
Andererseits soll der Zerfall auch nicht so rasch
voranschreiten, dass die angesetzten Gebrauchs-
lösungen nach kurzer Zeit wirkungslos werden. Das
ist in der Regel nicht der Fall, wie sich schon aus den
Grafiken 12 und 13 vermuten lässt. Im nachfolgen-
den Bild 14 ist der Hydrolyseverlauf in praxisüblich
verdünnten Wofasteril-Gebrauchslösungen von
0,125 % bis 1 % dargestellt.
Man kann davon ausgehen, dass die Haltbarkeit der
Gebrauchslösungen für die praktische Anwendung
ausreichend ist. Es ist stets sinnvoll, nach Möglich-
keit frisch angesetzte PES-Verdünnungen zu ver-
wenden und diese innerhalb von 2 Stunden
aufzubrauchen.
4.2 Peroxidzerfall
Wir wissen, dass WPO und seine Abkömmlinge wie
AHP endotherme Verbindungen sind. So bezeich-
net man Stoffe, bei deren Zerfall Wärme freigesetzt
wird. Es sind de facto „Energiekonserven“. Endo-
therme Verbindungen sind metastabil, d.h. sie sind
bei normaler Umgebungstemperatur nicht wirklich
stabil im thermodynamischen Sinne. Sie würden
„gern“ zerfallen und ihre Überschussenergie wieder
abgeben, wenn es keine im Molekülbau angelegte
Barriere gäbe.
Mit WPO und PES kann man nur deshalb praktisch um-gehen, weil der zur Energiefreisetzung führende Zerfallsprozess über die Entkoppelung der O-O - Bindung führt. Der Energieaufwand zur Trennung der homöo-polaren Bindung zwischen den beiden O-Atomen liegt mit50 kcal/Mol oder 210 kJ/Mol ziemlich hoch.
Im Bild 15 ist das typische Energieprofil eines
Peroxidzerfalles dargestellt. Das AHP befindet sich
links in einer Energiemulde und verhält sich wie eine
rollende Kugel in der Mechanik. Bevor sie ihre Über-
schussenergie von -23 kcal/Mol (ca. -97 kJ/Mol)
abgeben und zu Essigsäure (Hac) und molekularen
Sauerstoff (O ) zerfallen kann, muss der hohe Ener-2
gieberg überwunden werden, für den +50 kcal/Mol
aufzubringen sind. Diese Aktivierungsenergie aus
der Umgebung wird aber nach vollzogener Spaltung
wieder zurückgegeben. Dazu kommen noch die 23
kcal/mol Überschussenergie, die in der Peroxid-
gruppe konserviert waren.
Bild 14
12
O
OOH
O
O OH
cm
o0
a/
lk
+5
l
2a
/l
mo
3k
-c
l
k/
-1al
ol4
mc
Energie
Mikrobiologischund chemischaktive Zwischen-zustände
O
OH
21
Vergleich+ -
H + OH
Neutrali-sations-wärme
A
CH -C3
CH -C3
H O
CH -C +3
2
2O (Gas)
Das typische Energieprofil organischer Peroxide
Bild 15
Man kann sich nun ohne große Imaginationskraft
vorstellen, was in 100 % reinem AHP passieren
würde. Der erste Zerfallsakt setzt in seiner mole-
kularen Umgebung mehr Wärme frei, als zur Akti-
vierung der O-O-Spaltung erforderlich ist. Damit ist
das Muster einer sich selbst aufschaukelnden
Kettenreaktion gegeben, die zur Explosion führt.
Die Temperatur, bei der eine sich selbst beschleu-
nigende Zerfallsreaktion startet, nennt man SADT(Self Accelerating Decomposition Temperature).
Die SADT ist für organische Peroxide eine wichtige
Kenngröße für die Bewertung der Gefahrstoffei-
genschaften und die Gefahrgut-Klassifizierung. Wir
erinnern uns an die Veröffentlichung von d' Ans und
Frey aus dem Jahre 1912 und ihre Feststellung: Die
reine Peressigsäure - die wir jetzt AHP nennen -
hatte sich als äußerst explosiv erwiesen. Aus
heutiger Sicht würde man die Herstellung eines
formelreinen AHP als eine Art „schwerwiegenden
chemischen Kunstfehler“ bezeichnen.
Muss man deshalb auf die praktische Nutzung
dieses hocheffizienten Helfers beim Kampf gegen
schädliche Mikroorganismen verzichten? Nein: Der
sich selbst beschleunigende Spontanzerfall tritt nur
dann ein, wenn die bei einem Zerfallsakt freigesetzte
Wärme andere endotherme Moleküle zur O-O-
Spaltung anregt.
Die Lösung des Problems besteht darin, PES so
durch chemisch inerte Moleküle zu verdünnen,
dass sich in unmittelbarer Umgebung eines zer-
fallenden „heißen“ Moleküls stets träge Moleküle
befinden, welche die wärmeliefernde Reaktion nicht
fortpflanzen können.
Oberhalb einer AHP-Konzentration von 70 %
können PES-Produkte kritisch werden. Solche unter
50 % haben in der Regel keine explosiven Eigen-
schaften mehr. Hier sorgen die GW-Bestandteile
Essigsäure und Wasser für die thermische Desen-
sibilisierung des Stoffsystems PES.
Ob die Desensibilisierung (Phlegmatisierung) eines PES-Produktes ausreichend ist, wird durch die SADT unter den Bedingungen einer Wärmestau-Lagerung (= Lagerung in wärmeisolierenden DEWAR-Gefäßen) angezeigt. Bei der Gefahrgut-Klassifizierung geht man davon aus, dass eine SADT über 50 °C erforderlich ist, damit die Tempera-turdifferenz zur Umgebung für den Abfluss der frei-gesetzten Wärme des Peroxidzerfalles ausreicht und ein sicherer Transport über Schiene, Straße und auf See ohne aufwendige Kühleinrichtungen möglich wird.
Die Transporteignung organischer Peroxide wird in
der BRD durch Prüfung und Zulassung der Bundes-anstalt für Materialforschung und -prüfung(BAM) nachgewiesen.
4.3 Die Gefahrstoffklasse 5.2
Damit ein Produkt mit Gefahrstoffeigenschaften vom
Hersteller zum Anwender kommen kann, muss es
transportiert, zwischen- und endgelagert werden
können. Dazu existieren umfangreiche, in interna-
tionalen Übereinkommen anerkannte und verbind-
liche Regelwerke für die einzelnen Transportarten,
die üblicherweise abgekürzt werden: ADR (Straßen-
transport), RID (Bahn), ADNR (Binnenschifffahrt),
IMDG/IMO (Seeschiffahrt) und IATA (Luftfracht).
13
Die meisten als Peressigsäure im Verkehr befind-
lichen Produkte gehören zur Gefahrgutklasse 5.2„Organische Peroxide“. Eine wichtige Rolle für die
Bewertung der Gefahrgut- und Gefahrstoffeigen-
schaften von organischen Peroxiden spielt die
Temperatur der selbstbeschleunigenden Zer-setzung oder englisch: SADT (Self Acceleration
Decomposition Temperature).
Die ADR/RID schreibt vor: „Um eine sichere Beförderung organischer Peroxide zu gewährleisten, werden sie in vielen Fällen durch organische flüssige oder feste Stoffe,anorganische feste Stoffe oder Wasser desensibilisiert.“ Weiter werden die zur Desensibilisierung möglichen orga-nischen Verdünnungsmittel definiert.
Die in den Gleichgewichts-PES enthaltenen Kompo-nenten Essigsäure, Wasser und in gewisser Weise auch WPO entsprechen den Forderungen an Lösungsmittel zur Phlegmatisierung organischer Peroxide. Deshalb weisen Gleichgewichts-PES die nach Gefahrgutrecht geforderten Eigenschaften desensibilisierter (phlegmatisierter) orga-nischer Peroxide auf.
Problemtisch sind SADT unter 50 °C. Dann muss
der Transport unter ständiger Temperaturkontrolle
erfolgen. Ein Temperaturanstieg über die Umge-
bungstemperatur hinaus ist ein Signal für das Ein-
setzen exothermer Zerfallsprozesse. Die vorge-
schriebene Kontrolltemperatur liegt in Abhängig-
keit von der Größe der Transportverpackungen 10
bis 20 °C unter der SADT, die Notfalltemperatur 5
bis 10 °C unter der SADT.
Die folgende Tabelle im Bild 16 zeigt einen Vergleich
gefahrstoffrelevanter Eigenschaften des PES-
Produktes Wofasteril mit ca. 400 g/l AHP im
Vergleich zu einer verkehrsüblichen PES mit etwa
160 g/l AHP. In beiden Fällen liegt die SADT weit
über 60 °C.
Eigenschaften
1. Thermische Stabilität (SADT)2. Entzündbarkeit
3. Abbrandtrate4. Thermische Empfindlichkeit
5. Mechanische Eigenschaften6. Explosive Eigenschaften7. Fortpflanzung
> 60 °C
keine Entzündung
niedrigkeine
keinekeinekeine
> 60 °C
keine Entzündung
28,2 kg/min mkeine
keinekeinekeine
a) Cer-Eisen-Funkenb) Schwarzpulverc) Gasflammed) Rotglüher Stahl
(verschiedene Methoden)
16 %ige PESgem. UN-Nr: 3045 Wofasteril
Bild 16
Der Peroxidzerfall ist ein ständiger Begleiter von
GW-PES. Je nach Güte der Stabilisierung und Um-
gebungstemperatur läuft er langsamer oder schnel-
ler ab, niemals kann er ganz ausgeschaltet wer-den!
Da jeder Zerfallsakt mit der Freisetzung von gasför-
migen Sauerstoff gekoppelt ist, dürfen PES-Pro-dukte niemals hermetisch eingeschlossen werden! Selbst bei sehr moderatem Ablauf des Per-
oxidzerfalles können sich im transportierten oder
gelagerten Produkt in fest verschlossenen Behält-
nissen mit der Zeit Druckpolster aufbauen und
irgendwann die Behälter zum Bersten bringen.
Deshalb werden PES-Gebinde bereits vom
Hersteller mit gasdurchlässigen Verschlüssen aus-
gestattet. Das Umfüllen in andere als die Originalbe-
hälter ist deshalb aus Sicherheitsgründen unzu-
lässig.
Wofasteril enthält 400 g/l AHP (= 5,3 mol) sowie ca. 160 g/l WPO (= 4,7 mol). Sowohl AHP als auch WPO setzen beim Peroxidzerfall ein ½ Mol Sauerstoffgas (O ) frei, zu-2
sammen also 5 mol. Ein Mol O nimmt unter Normalbedin-2
gungen das Volumen von 22,4 l ein. Ein Liter Wofasterilkann also bei vollständigem Peroxidzerfall etwa 100 l Sauerstoffgas entwickeln. Diese Menge kann einen Kanister zum Bersten bringen, der nicht mit einem gasdurchlässigen Verschluss ausgestattet ist.
Die Tabelle im Bild 17 fasst noch einmal die Wege
und Merkmale von Hydrolyse und Peroxidzerfall des
Wirkstoffes AHP zusammen.
VORGANG MERKMALE AUSW IRKUNG
PEROXID-ZERFALL
Radikalische Spaltung derPerxidgruppe zwischen beiden-O-O-Atomen.Abgespaltener AO reagiertzu Sauerstoffgas (Luft-O2)
Vorgang ist irreversibel.Mikrobizides Potentialgeht verloren.O2-Gas bildet bei Ein-schluß Druck!
HYDROLYSEAbspaltung der komplettenPeroxidgruppe (Umkehr derAHP-Bildungsreaktion)GAO bleibt konstant.
Vorgang ist reversibel beiW asserentzug.Mikrobizides Potentialbleibt erhalten.
Bild 17
14
5. Korrosion von Eisenmetallen durch PES-Lösungen
5.1 Ursache
“Wo Licht ist, ist auch Schatten.” Wenn wir die
immense Stärke der PES als omnipotentes Mikro-
bizid als Licht ansehen, dann ist deren Korrosivitätgegenüber Eisen und einigen Buntmetallen der
Schatten. Auch der Geruch höher dosierter PES-
Lösungen wird bei großflächiger Ausbringung vor
allem in geschlossenen Räumen als Belästigung
empfunden und gehört somit zum Schattenbereich
der PES.
Was verursacht die starke Korrosion der PES-
Lösungen? Vor allen die Tatsache, dass unter den
Bedingungen der Sauerstoffatmosphäre unseres
Planeten die Metalle unbeständiger sind als ihre Oxide. Deshalb kommt in der Natur Eisen nicht
gediegen vor, sondern nur in Form von Erzen. Das
sind Eisenoxide und/ oder -sulfide. Um aus den Er-
zen metallisches Eisen zu erhalten, müssen die Fe-
Kationen der Erze reduziert werden.
Reduktion bedeutet Aufnahme von Elektronen. Im Falle von zweiwertigem Eisen wäre das formelmäßig dargestellt:
-2+Fe + 2 e Fe
Die Reduktion von ionischem zu metallischem Eisen verläuft nicht von selbst, sondern erfordert Energie-aufwand. Der metallische Zustand ist damit energie-reicher als der ionische. Freiwillig, d.h. von selbst läuft die
2+Umkehrreaktion von Fe nach Fe (Oxidation) sofern sie nicht behindert ist. Die als „Rosten“ bekannte Oxidation von Eisen gehört zu den Vorgängen der Korrosion, d.h. der Materialzerstörung durch unerwünschte Reaktionen mit Stoffen aus der Umgebung.
Eine wichtige Voraussetzung für die Korrosion von
metallischem Fe ist die Gegenwart von Wasser. Es
sind dann elektrochemische Prozesse möglich, die
im Wesentlichen nach zwei Mechanismen ablaufen:
a) die Säurekorrosion und
b) die Sauerstoffkorrosion
In der Praxis vermischen sich beide Korrosions-
arten.
5.2 Die Säurekorrosion
Steht eine blanke Eisenoberfläche mit Wasser in
Kontakt, lösen sich nach der Gleichung:
2+Fe Fe + 2 e
2+zunächst hydratisierte Fe -Ionen, von denen jedes
zwei Elektronen an/in der Metallphase hinterlässt.
Das führt zur Ausbildung eines negativen Potenzials
von - 0,44 V an der Metall/Wasser-Grenzfläche.
Dieses Potenzial stoppt den Fortgang des Prozes-2+ses: Es blockiert den weiteren Austritt von Fe -
Ionen.
+Sind Säureprotonen H vorhanden, können diese
mit den überschüssigen Elektronen an der Metall-
oberfläche zu gasförmigem Wasserstoff reagieren
und die vorhandene Hemmung durch elektrostati-
sche Kräfte aufheben (Bild 18):
Der Weg für den Austritt weiterer Elektronen aus der
Metalloberfläche ist frei. Das geht solange, bis die
Säureprotonen verbraucht sind.
Bild 18
15
5.3 Die Sauerstoffkorrosion
Auch bei der Sauerstoffkorrosion ist die Auflösung2+von Fe zu Fe -Ionen der elektronenliefernde Start-
vorgang. Die Elektronen reduzieren in diesem Fall -
den Luftsauerstoff direkt zu Hydroxylionen OH , die 2+weiter mit den gelösten Fe -Ionen zu unlöslichem
Fe(II)hydroxid reagieren:
-- 2+Fe + ½ O + 2 e Fe + 2 OH2
Alle diese Reaktionen laufen nur in Gegenwart von Wasser ab, das entweder direkt als Reaktionspartnerbeteiligt ist oder eine ionenstabilisierende Hydrathülle bildet.
Gegenüber der Sauerstoffkorrosion ist die Säure-korrosion weitaus aggressiver. Maßgebende
Wirkfaktoren sind sowohl die Säurestärke (pK ) und s
-konzentration, als auch die spezifische Metall-2oberfläche (m /kg).
Besonders intensiv ist die Korrosion von unge-
schütztem Eisen durch PES-Lösungen. Hier wirken
sowohl die Angriffspotenziale der Essigsäure(Säurekorrosion) als auch des WPO zusammen, das
2+mit Fe -Ionen das hochaktive Oxidationsmittel Fen-tons Reagenz bildet:
2+ 3+ -H O + Fe Fe + OH + OH2 2
Fentons Reagenz wird in modernen Verfahren zur
effizienten Oxidation organischer Inhaltsstoffe in Ab-
wässern genutzt („FENTOX“-Verfahren). Auch liegt 2+hierin der Grund für die durch Fe -Ionen katalytisch
beschleunigte Zersetzung von PES und deren Ge-
brauchslösungen.
standsdiagramm und stellt die Beziehung
zwischen Elektrodenpotential und pH-Wert her. In
5.4 Die Aufhebung der Eisenkorrosion
Die besonders aggressive Säurekorrosion ist ein
elektrochemischer Prozess. Im Falle des Eisen ist
das Pourbaix-Diagramm sehr nützlich. (Bild 19) Es
ist ein Zu
Fe(OH)2
•
den braun markierten Bereichen findet Korrosion
statt. Das Normalpotential an einer Fe/Wasser-
Grenzfläche beträgt - 0,44 V. Angenommen, wir
hätten eine Wasserphase vom pH-Wert 4, dann
könnte durch Anlegen einer Gleichspannung ab +
0,5 V die Säurekorrosion unterdrückt werden
(Passivitätsbereich). Auch die Verstärkung des
negativen Potentials auf -0,7 V führt in einen
korrosionsgeschützten Zustand. Wenn wir keine
Möglichkeit zur Veränderung des Elektroden-
potentials haben, bleibt nur die Verschiebung des pH
in den alkalischen Bereich.
POURBAIX-Diagramm des Eisens1 Passivitätsbereich; 2 Immunitätsbereich;
2+3 Korrosionsbereich (Fe -Bildung);4 Korrosionsbereich (Ferratbildung)
0-1,0
-0,5
0
0,5
1,0
V
4
3
2
pH-Wert
Ele
ktro
denp
oten
tial
4
1
8 12 14
-0,44 (Normalpotential Fe)
Die pH-Einstellung von PES-Gebrauchslösun-gen auf Werte zwischen 8 und 10 hat sich bis jetzt als erfolgreichster Weg zur Eliminierung der Säurekorrosion erwiesen.
In der praktischen Umsetzung müssen dabei jedoch
einige Eigenheiten des Stoffsystems berücksichtigt
werden.
Bild 19
16
6. Desinfektion
6.1 Allgemeines
Desinfektion bedeutet wörtlich „Beseitigung einer
Infektion“. Man beseitigt aber nicht den Infektions-
herd - das ist Ziel der Antisepsis - sondern unter-bricht die Übertragungswege der Erreger von
Mensch zu Mensch, von Tier zu Mensch (und umge-
kehrt), von Tier und Tier oder der Verderbniskeime
bei Lebensmitteln. Von den möglichen Methoden
und Verfahren steht hier die chemische Desinfek-tion im Mittelpunkt.
Die chemische D ist in der Praxis kein für sich allein
stehendes Verfahren, sondern im Regelfall Teil eines
Hygieneregimes. Im Zentrum von Hygieneregimen
steht der Komplex Reinigung und Desinfektion, oft
als R & D abgekürzt. Selten ist eine D erfolgreich
ohne eine vorausgehende gründliche Reinigung.
Auch die Chemie von R & D untereinander muss
harmonieren.
Wir sehen hier von der hygienischen Händedesin-fektion ab, wo man erst desinfiziert und dann die Hände wäscht.
Bei der D sollen Krankheitserreger und Schadkeime
möglichst rasch, lückenlos und unspezifisch ab-
getötet werden. Eingeschlossen a) Viren, b) Mikro-
ben während der Ruhephase zwischen den Zell-
teilungen und c) die extrem widerstandsfähigen
Dauerformen (Sporen), die alle drei von Antibiotika
nicht angegriffen werden.
Wie funktioniert ein wirksames Desinfektionsmittel?
Bakterien, Pilze und Hefen haben einen aktiven
Zellstoffwechsel und einen vergleichbaren Zellbau
(Zellwand, Membranen im zytoplamatischen Innen-
raum, Kernsubstanz oder Zellkern). Bei allen Unter-
schieden in den speziellen Besonderheiten der
Mikroorganismen sind drei aufeinander folgende
Schritte für die Wirksamkeit eines Desinfektions-
mittels (DIM) maßgebend:
Die hauptsächlichen Angriffspunkte für DIM-Wirk-
stoffe sind die Zytoplasmamembran und das Zyto-plasma selbst. Seltener wird die äußere Zellwand
zerstört.
Die Zytoplasmamembran ist eine selektive Barriereüber die gelöste Nährstoffe von außen nach innen
und Abfallprodukte des Stoffwechsels heraus ge-
schleust werden. Wie solche Barrieren durch AHP
durchbrochen werden, wurde bereits dargestellt. Sie
sind kein Hindernis für diesen Wirkstoff.
6.2 Wirkungsspektrum der PES
In der folgenden Tabelle, die dem Standardwerk von
Wallhäuser /13 / entnommen wurde, ist die Peres-
sigsäure - wir sagen AHP dazu - der einzigeWirkstoff ohne Wirkungslücken.
In der Wallhäuser-Tabelle ist in Spalte 2 zur Ge-
schwindigkeit der Desinfektionswirkung nur bei PES
das Symbol SS eingetragen, was sehr schnell be-
deutet. Wie schnell ist „sehr schnell“?
1. Die Anhaftung der DIM-Moleküle an die äußere Zellwand (Adsorption)
2. Die Einwanderung der adsorbierten DIM-Mole-
küle ins Zellinnere (Penetration) und
3. Die irreversible Schädigung lebenswichtiger
Funktionen der Zelle (Noxe).
Bild 20
17
6.3 Die Blitzwirkung der PES
Hier haben uns intelligente Experimente von
Schlenker im Rahmen seiner Dissertation wichtige
Erkenntnisse verschafft. /9/ Er arbeitete mit einer
von Tichacek konzipierten Versuchsanordnung. Es
ist ein geneigtes Glasrohr, das durch Zulauf- und
Abflussstutzen in 3 Zonen aufgeteilt wird. Durch das
Rohr rollen mit Keimen kontaminierte Glaskugeln
(Bild 21).
In Zone 1 findet der Kontakt zwischen Keimträger
und der PES-Lösung statt. Beim Übergang in die von
Na-thiosulfat durchflossene Zone 2, erfolgt die
rasche Inaktivierung der anhaftenden PES. In Zone3 wird mit Wasser gespült. Die EWZ kann man bei
dieser Apparatur durch die Weglänge von Zone 1und dem Neigungswinkel des Rohres variieren.
In Versuchen mit Sporen des Bacillus cereus kam es
bei einer mittleren Ausgangskeimzahl von 68.920
Sporen/Kugel und 0,5 % Wofasteril schon nach
0,23 s Kontaktzeit zu einer Abtötungsrate von über
95 %! Die Erhöhung der Wofasteril-Konzentration
bis 5 % sowie die Verdoppelung und Verdreifachung
der Kontaktzeiten brachten nur vergleichsweise
geringe Effekte.
Glasdorn (verhindert das Steckenbleiben der Kugel)Röhrenwand
Ausschnitt aus Abbildung 1
Abfluss 1
Zufluss 1
Zufluss 2
Na S O2 2 3
Zufluss 3
steriles dest.Wasser
WofasterilGlaskugelals Keimträger
Abfluss 2
Abfluss 3
1
2
3
7. Das Wofasteril-Kombiverfahren von der Idee zum Erfolg
7.1 Vorleistungen
1989 erschien die Publikation der Autoren Geiler, W., Otto, J. und Mücke, H. in der Zeitschrift für Klinische Medizin 44 (1989) 4, S. 349 bis 352, mit dem Titel „Einhaltung arbeits-hygienischer Grenzwerte in der Raumluft bei Flächen-desinfektion mit Peressigsäure durch Alkalisierung der Lösung“.
Man hatte das erstaunliche Phänomen beobachtet
und genutzt, dass PES im Gegensatz zu fast allen
anderen bioziden organischen Säuren wie Amei-
sensäure, Weinsäure oder Glutarsäure auch im
alkalischen Bereich noch eine mehr oder weniger
lange Zeit ihre Desinfektionskraft aufrecht erhalten
kann.
Vorläufer waren die Studien von Beckert, H., Wölfel, H.:„Vergleichende Untersuchungen über den Korrosions-schutz verschiedener Desinfektionsverfahren mit Per-essigsäure im alkalischen Milieu für medizinische Instrumente“ (Medizinische Akademie Erfurt: DissertationA, 1984) und Werner, I.: „Untersuchungen zur material-schonenden kombinierten Reinigung und Desinfektion von Instrumenten im alkalischen Milieu“ (Medizinische Akademie Erfurt: DissertationA, 1985). /12//15//16/
Auf dieser Basis wurde ein Verfahren zur spe-ziellen Virusdesinfektion bei medizinischen Instru-
menten entwickelt und nach dessen Validierung
durch staatliche Prüfeinrichtungen 1989 in die
jährlich vom Ministerium für Gesundheitswesen der
ehemaligen DDR herausgegebene Liste der Desin-fektionsmittel 1989 aufgenommen. Die zu desinfi-
zierenden Instrumente legte man zunächst für eine
Stunde in die Lösung eines stark alkalischen, pulver-
förmigen Industriereinigers ein. Danach erfolgte die
Schlussdesinfektion durch Zusatz des PES-Präpa-
rates Wofasteril.
Obwohl die 1989 erschiene Arbeit von Geiler et al. die Anwendung alkalisierter PES-Lösungen auch für die Flächendesinfektion nahe zu legen schien, fand dieses Verfahren trotz der wesentlichen Vorteile gegenüber der normalen Desinfektion mit PES noch keinen Eingang in die Praxis. Der Hauptgrund bestand darin, dass sich die Desinfektionswirkung der alkalisierten Lösungen sich mit der Zeit veränderte, abhängig vom Lösungs-pH und dem verwendeten Alkalisierungsmittel. Das führte zu einemMangel an Reproduzierbarkeit. Daran scheiterte auch die Aufnahme als Verfahren zur Flächendesinfektion in die amtliche Liste der Desinfektionsmittel der DDR. Das scheint die Wallhäuser Tabelle zu bestätigen, die im Be-reich zwischen pH 3 und pH 8 eine lineare Abnahme der Desinfektionskraft von PES darstellt.
Bild 21
18
Start. Im linken Becherglas befindet sich eine Lösung mit 1 % Wofasteril E 400, die von Haus aus einen pH 3 hat. Rechts ebenfalls 1 % WST E 400, aber mit alcapur auf pH 9 gestellt ist.Als Testobjekte dienen einfache Stahlnägel. Zwischen bei- den Gläsern sieht man den auf 60 min eingestellten Timer.
Nach 5 min. Die Wofasterillösung links hat bereits die Oberfläche des Stahlnagels angegriffen, die Lösung be-ginnt sich braun zu färben. Rechts keine Reaktion.
Bild 23 B
Bild 23 A
Bild 23 C
60 min: Der Stahlnagel links ist von einer dicken Rost-schicht überzogen, auch die Lösung hat sich ziemlich stark gefärbt. Auf der Seite der Wofasteril-Kombilösung sind Lösung und Nageloberfläche so blank wie am Anfang.
Die Verringerung der Korrosion durch pH-Ver-
schiebung in den alkalischen Bereich war allerdings
so evident, dass an diesem Verfahren Mitte der
1990er Jahre in der Kesla Pharma Wolfen lange und
intensiv gearbeitet wurde.
Eine wichtige Erkenntnis war, dass der Wirkstoff von
PES eben keine Säure ist, wie der Name sagt, son-
dern eine esterartige Neutralverbindung, die man
richtiger als Acetylhydroperoxid (AHP) bezeichnet.
Dieser, heute trivial anmutenden Tatsache war man
sich vor einem Jahrzehnt noch kaum bewusst. Wir
können also ohne Einbuße an Desinfektionskraft die
im System enthaltene Essigsäure selektiv neutrali-
sieren.
Wie das nachstehende Titrationsdiagramm zeigt, ist
das um pH 8 der Fall. Hier haben wir auch im Pour-
baix-Diagramm jenen Punkt, an dem der Passivi-
tätsbereich des Eisens beginnt.
7.2 Aufhebung der Korrosivität
Welche frappierende Wirkung die pH-Verschiebung
bei Wofasteril E 400 von pH 3 (dem Eigen-pH der
PES) auf pH 9 durch das Alkalisierungsadditiv
alcapur auf die Stahlkorrosion hat, zeigt der
folgende Demonstrationsversuch (Laienauf-
nahmen, keine Atelierfotos!). Hier ersehen wir die
innerhalb einer Stunde erfolgende Korrosion an
Stahlnägeln:
Bild 22
19
Die 1 %ige Wofasterillösung hat nach einer Stunde
einen großen Teil der Korrosionskraft verloren, weil
sich Essigsäure verbraucht hat und die peroxi-
dischen Anteile AHP und WPO zerstört sind. Um die
Korrosivität durch ständigfrische Desinfektions-
lösungen zu untersuchen, wird mit der im Bild 24
dargestellen Testapparatur gearbeitet.
Hier ermittelt man den in Abhängigkeit der Einwir-
kungsdauer stattfindenden Masseverlust der
Prüfkörper durch kontinuierlich frisch erzeugte
Desinfektionslösung.
7.3 Auswirkungen der Alkalisierung auf das Stoffsystem PES
Der Effekt einer pH-Verschiebung der PES-Desin-
fektion in den alkalischen Bereich auf die Korrosion
von Eisen ist - wie Grafik und Fotos zeigen - frappie-
rend. In der Praxis stellen sich dieser simpel erschei-
nenden Maßnahme allerdings einige Hürden in den
Weg, die aus der Spezifik des Stoffsystems PES
stammen.
Wie verändert sich das Gleichgewichtssystem PES
durch die selektive Neutralisation der Gleichge-
wichts-Essigsäure? Das folgende Bild hilft uns, die
zu erwartenden Reaktionen samt der daraus entste-
henden Konflikte an Hand des Modells der kommunizierenden Röhren abschätzen:
Vorgänge beim Wofasteril-Kombiverfahrenselektive Neutralisation der Essigsäure mit Pufferadditiv alcapurPrinzip:
verursacht Gleichgewichtsstörung:• PES reagiert zu (Essigsäure) - Na-Acetat• Neutralisationswärme beschleunigtHydrolyse und Peroxidzerfall
Reaktor
CH COOH + NaOH CH COONa + H O3 3 2
Essigsäure + Alkali Na-Acetat + Wasser + Wärme
Bild 24
Durch Alkalisierung reduziert sich die Korrosivität
einer 1 %igen Wofasteril E 400-Lösung etwa auf das
Niveau der normalen Wasserkorrosion. Ähnlich gute
Ergebnisse erhält man auch bei Messig und Bronze.
Bild 25
B ld 26i
Wir entziehen dem System die vorhandene Essig-
säure durch die Neutralisation zu Natriumacetat. Da-
durch sinkt der Pegelstand in der linken Röhre. Der
Niveauunterschied induziert die Ausgleichsreaktion,
durch die bereits gebildetes AHP (rot markiert)
wieder zu WPO und Essigsäure hydrolysiert wird.
Die Hydrolyse beschleunigt sich mit steigendem pH
immer mehr („alkalische Esterverseifung“). Zum
anderen entsteht dabei Neutralisationswärme.
20
Diese heizt das System auf und zwar umso stärker,
je höher die Lösungen konzentriert sind. Wärme
fördert den Peroxidzerfall.
Wie stark die Hydrolyse des Wirkstoffes AHP durch
pH-Anstieg beschleunigt wird, ist aus der nach-
folgenden Grafik zu sehen.
Bei pH 9 und mehr noch bei pH 11 baut sich der Wirk-
stoff AHP schon so rasch ab, dass es kaum ratsam
ist, alkalisierte PES-Gebrauchslösungen auf Vor-rat herzustellen.
In der nächsten Grafik ist die Anfangsphase der
Hydrolyse zeitlich etwas stärker gedehnt. Wir er-
kennen daraus, dass frisch hergestellte Wofasteril-
Kombilösungen bis zu zwei Stunden ohne gra-
vierende Wirkungsverluste (< 10 %) zur Desinfektion
einsetzbar sind.
Hydrolyse 1 %iger Wofasteril E 400-Lösungen in Abhängigkeit des pH-Wertes
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0 5 10 15 20 25 30
Standzeit der Lösungen in h bei Raumtemperatur
%A
HP pH 3
pH 9 pH 11
Haltbarkeit ungepufferter und alcapur-gepufferter Gebrauchslösungenmit 0,5 % Wofasteril (E 400)
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,10
0 50 100 150 200 250 300
Standzeit der Lösungen (min) bei 20 °C
%A
HP
0,2 % Wofasteril (E 400)
0,2 % Wofasteril (E 400) + 0,6 % alcapur
Bild 27
Bild 28
7.4 Vom Laborexperiment zum praxistaug-lichen Desinfektionsverfahren
7.4.1 Listungen bestätigen die enorme Desin-fektionsleistung des Kombiverfahrens
Bevor ein neues Desinfektionsmittel in den Verkehr
gebracht wird, ist in der BRD die Aufnahme in eine
der Desinfektionsmittellisten sinnvoll. Die wich-
tigsten werden vom Verein für Angewandte Hygiene
(VAH, bis 2004 DGHM) für Hospitalismuspro-phylaxe in Klinik und Arztpaxis sowie von der
Deutschen Veterinärmedizinischen Gesellschaft
(DVG) für Tierhaltung und Lebensmittelbereichherausgegeben. Für die Aufnahme in die Liste sind
jeweils zwei voneinander unabhängige Gutachten
erforderlich, die nach verbindlichen Richtlinien er-
stellt werden müssen. Eine Expertenkommission
legt auf Basis dieser Gutachten dann die Eintra-
gungswerte (Einsatzmenge in Vol-% und Einwirk-
zeit EWZ) fest.
Obwohl diese Listungen auf freiwilliger Basis beruhen,haben sie im Laufe der Zeit einen hohen Grad an Akzep-tanz im Markt erlangt, weil sie dem Anwender Sicherheit und Vertrauen in die Wirksamkeit der gelisteten Produkte und ebenfalls die direkte Vergleichbarkeit der Desinfek-tionsleistung unter standardisierten Prüfbedingungen bieten.
Eine zusammenfassende Listungsübersicht für
Wofasteril und das Wofasteril-Kombiverfahren ist in
der Übersicht 29 gegeben. Hier wird auch die Art der
Wirksamkeitsprüfungen für die Listungswerte er-
klärt. Nun sind solche Listen zwar ein sehr wertvolles
Hilfsmittel für Anwender, aber bisweilen auch inter-
pretationsbedürftig.
Die erste Listung des neuen Wofasteril-Kombi-
verfahrens erfolgte in der Rubrik Flächendes-infektion der DGHM mit den Listungswerten
(siehe Seite 21 rot umrandet):
0,25 % Wofasteril + 0,75 % alcapur
bei 5 min EWZ.
21
Übersicht 29
Desinfektionsmittelliste der DVG für die TierhaltungNr. Basis für Listungswerte:
Ergebnisse ausWofasteril E 400 Wofasteril E 400
+ alcapur (1+3)*Bakterizidie spez. Des. 4a Keimträgerversuche mit S. aureus, E.
faecium, P. mirabilis und P. aeruginosa0,2% 2h oder
0,5% 1h0,2% 2h oder
0,5% 1hvorb. Des. 4b qualitativen Suspensionsversuchen mit
Belastung mit S. aureus, E. faecium, P. mirabilis und P. aeruginosa
0,2% 1h 0,2% 1h
Tuberkulozidie 5 Keimträgerversuche mit M. avium - -Fungizidie 6 Keimträgerversuche mit C. albicans 0,2% 2h oder
0,5% 1h0,2% 2h oder
0,5% 1hViruzidie viruzid 7a Keimträgerversuche mit ECBO- und REO -
Virus0,5% 0,5h 0,5% 2h oder
1,0% 0,5hbegr. viruzid 7b Keimträgerversuche mit ND - und
Vacciniavirus0,25% 0,5h 0,25% 0,5h
AntiparasitäreWirkung
Wurmeier 8a quantitativen Suspensions- und Keimträgerversuchen mit A. suum -Eiern
- -
Kokzidien 8b in vivo Infektionstest an Hühnerküken mitE. tenella
- -
Desinfektionsmittelliste der DVG für den LebensmittelbereichNr. Basis für Listungswerte:
Ergebnisse ausWofasteril E 400 Wofasteril E 400
+ alcapur (1+3)*Bakterizidie wenig
belasteterBereich
6a6b
qualitativen und quantitativenSuspensionsversuchen mit geringer Belastung mit S. aureus, E. faecium, P. mirabilis und P. aeruginosa
0,125% 30' oder0,125% 60'
0,125% 30' oder0,125% 60'
belasteterBereich
8a8b
qualitativen und quantitativenSuspensionsversuchen mit hoher Belastung mit S. aureus, E. faecium, P. mirabilis und P. aeruginosa
0,2% 30' oder0,15% 60'
0,2% 30' oder0,15% 60'
Fungizidie wenigbelasteterBereich
7a7b
qualitativen und quantitativenSuspensionsversuchen mit geringer Belastung mit C. albicans
0,125% 30' oder0,125% 60'
0,125% 30' oder0,125% 60'
belasteterBereich
9a9b
qualitativen und quantitativenSuspensionsversuchen mit hoher Belastung mit C. albicans
0,2% 30' oder0,15% 60'
0,2% 30' oder0,15% 60'
Desinfektionsmittelliste des VAH (ehem. DGHM)Basis für Listungswerte:Ergebnisse aus
Wofasteril Wofasteril + alcapur (1+3)*
qualitativen Keimträgerversuchen mit S.aureus, E. coli, P. aeruginosa, P. mirabilisund C. albicans sowie quantitativenKeimträgerversuchen unter praxisnahenBedingungen mit S. aureus, E. coli und P. aeruginosa
0,5% 5' oder0,25% 15' 0,25% 5'
*Listungswerte sindKonz. von Wofasteril!
Desinfektionsmittelliste des RKI ListungswerteWofasteril0,9 % 1h
2% 4h
0,5% 1'
verlängerte EWZ gegenüber Soloeinsatz Wofasteril E 400
Listungswerte
Flächendesinfektion in Krankenhaus und Praxis
Anwendung
Hygienische Händedesinfektion
Wirksamkeitsbereichzur Abtötung von vegetativen bakteriellen Keimen enschl. Mykobakterien sowie Pilzen einschl. pilzlicher Sporen + zurInaktivierung von Viren geeignet
zur Abtötung von vegetativen bakteriellen Keimen einschl. Mykobakterien sowie Pilzen einschl. pilzlicher Sporengeeignet
Anwendung
Flächendesinfektion,Scheuerdesinfektion
Instrumentendesinfektion
ListungswerteWirkung
Wirkung (in jedem Falle A+B, 10 °C + 20 °C)
Listungswerte
22
Zum Vergleich:
Mit Stand 01. März 2000 enthielt
die DGHM-Liste insgesamt 448 Flächendesinfektionsmittel.
Von diesen waren nur 98schnellwirkend mit einer EWZ
von 5 min.
Es verbleiben 14 nichtalkoholische
DIM. Davon werden
3 Mittel 5 % ig, 2 Mittel 3 % ig und 7 Mittel 2 % ig eingesetzt.
Nur Wofasteril (0,5 % 5 min) und
das Wofasteril-Kombiverfahren(0,25 % Wofasteril + 0,75 % Pufferadditiv 5 min) liegen deutlich
darunter.
Hier dokumentiert sich also höchste Sicherheit in kürzester Zeit bei bester Ökonomie von allen 448 gelisteten
Desinfektionsmitteln!
Auch die anderen Listungswerte in den beiden DVG-Listen Tierhaltung (Auszug in Übersicht 33) und
Lebensmittelbereich sprechen die gleiche Sprache. Da die Art der Eintragung bei der DVG auf den ersten Blick
verwirren kann (Summe von Wirkstoff + Additiv), sind diese in der grünen Spalte rechts außen noch einmal
interpretiert:
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
% Aufwandmenge
Wofasteril Wofasteril-Kombiverfahren
7 Mittel 2 Mittel 3 Mittel
Aufwandmenge für die 5 Minuten-Wirksamkeit von Mitteln zur Flächen-desinfektion der DGHM-Liste 2000 (außer Alkoholpräparate)
AdditivWirkstoff
Aufteilung schnellwirkender Flächendesinfektionsmittel aus der DGHM-Liste 2000
insgesamt 98 Mittel, davon 84 auf Alkoholbasis
andere FDM
Alkoholpräparate für kleinflächigeAnwendung
DGHM-gelistete Flächendesinfektionsmittel- Stand 1. März 2000 -
Gesamt 448 Handelspräparate, davon 98 schnellwirkend
FDMittel mit EWZ > 5 min
schnellwirkende FDMittel mit 5 min EWZ
Unter den schnellwirkenden wie-
derum waren 84 alkoholische Präparate, die auf Grund der
Feuergefährlichkeit nur klein-
flächig einsetzbar sind.
Bild 30
Bild 31
Bild 32
23
Spalte 1 Name Wofasteril E 400
Wofasteril E 400 + alcapur Kombiverfahren Bemerkungen
Spalte 2Hersteller/Vertreiber
KESLA PHARMAWOLFEN GMBH
KESLA PHARMAWOLFEN GMBH
Spalte 3 Wirkstoffe PeressigsäurePeressigsäure,gepuffert
4a spezielleDesinfektion
0,2 % 2 hoder
0,5 % 1 h
0,8 % 2hoder
2 % 1 h
0,8 % = 0,2 %WST E400 +0,6 % alcapur
4 b:vorbeugendeDesinfektion
0,2 % 1 h 0,8 % 1 h0,8 % = 0,2 %WST E400 +0,6 % alcapur
Spalte 5Tuberkulozidie
Spalte 6:Fungizidie
0,2 % 2 hoder
0,5 % 1 h
0,8 % 2 hoder
2,0 % 1 h
2% = 0,5 %WST E 400 +1,5 % alcapur
7a: viruzid 0,5 % 0,5 h 4
7b: begrenztviruzid
0,25 % 0,5 h 1,0 % 0,5 h1% = 0,25 %WST E 400 +0,75 % alcapur
8a: Wurmeier8b: Kokzidien
Anmerkungen zur Liste:
4a spezielleDesinfektion4 b:vorbeugendeDesinfektion
Auszug aus der 12. Desinfektionsmittelliste der Deutschen VeterinärmedizinischenGesellschaft (DVG) für die Tierhaltung (Gießen, Mai 2003)
Spalte 4Bakterizidie
Gezielte Maßnahmen gegen bestimmte Erreger bakterieller Infek-tionskrankheiten mit Ausnahme von Bakteriensporen (i.d.R. in nichtbelegten Stallungen oder Stallabteilungen bzw. auf Flächen oder Geräten ohne gleichzeitigen Tierkontakt).
Hygienische Maßnahme zur allgemeinen Verminderung des Bak-teriengehaltes in belegten und unbelegten Stallungen (z.B. Hygiene-Prophylaxe ber Dermatomykosen (Trichophytie).
Spalte 4Bakterizidie
Spalte 7:Viruzidie
Spalte 8:Antiparasitäre Wirk.
Übersicht 33
24
Im rechts dargestellten Fall wurde vorschriftsgemäßgearbeitet: 30 ml alcapur vorlegen, mit kaltem Wasser auf 1000 ml auffüllen, erst dann 10 ml Wofasteril E 400 zu-geben. Ergebnis: kein Schaum und kein Temperaturan-stieg.
Nach dem Zusammenfallen des Schaumes im linken Zylinder wurde dieser ebenfalls auf 1000 ml aufgefüllt und in beiden Fällen der Wirkstoffgehalt durch Titration be-stimmt. Ergebnis:
Linker Zylinder: 0,17 % AHP + 0,15 % WPORechter Zylinder: 0,34 % AHP + 0,12 % WPO
Durch das konzentrierte Zusammengießen beider Kom-ponenten sind 50 % des WirkstoffesAHP zerstört worden.
Zum etwa gleichen Ergebnis kommt man aus der Be-trachtung des Schaumvolumens. In den 10 ml Wofasteril E 400 sind 4 g AHP enthalten, (400 g/l AHP). Das sind 0,05 Mol. Gleichfalls enthält das Konzentrat noch 160 g/l WPO, also 1,6 g in den 10 ml. Das sind auch 0,05 Mol. Aus beiden Trägern von Aktivsauerstoff entsteht bei Peroxidzerfall die äquimolare Menge O, der sich zu ½ Mol O vereinigt und 2
hier Schaum bildet. Das wären max. 0,05 mol O -Gas bei 2
Totalzerfall. 1 mol O nimmt unter Normalbedingungen das 2
Volumen von 22,4 l ein. 0,05 Mol bilden also 1,1 l Luftsauerstoff. Hier sind etwa 500 ml Schaum aus 40 ml Flüssigkeit entstanden. Also ist zu vermuten, dass der Peroxidzerfall die Hälfte der in der vorhandenen AO-Träger erfaßt hat.
Die nächst häufigste Fehlerquelle ist das zu lange Stehen der angesetzten Kombilösungen vor dem
Ausbringen.
7.4.2 Fehlerquellen beim Wofasteril (E 400)-Kombiverfahren
Murphys Gesetz sagt „Alles was schief gehen kann,
wird auch schiefgehen.“ Die Einführung des Wofa-
steril-Kombiverfahrens war eine Bestätigung dafür.
Sehr häufig wurden trotz aller Warnhinweise Wofa-
steril und alcapur unverdünnt vorgemischt. Dazu
mag auch die leicht irreführende Darstellung in den
beiden DVG-Listen beigetragen haben, wo man statt
des Wirkstoffes Wofasteril E 400 die Summe von
Wofasteril und Additiv eingetragen hat.
Was dabei passiert, ist in den folgenden Fotos dar-
gestellt:
Hier stehen zwei Meßzylinder für das Ansetzen von Kombilösungen mit 1 % Wofasteril nebeneinander. Linkswurden 30 ml alcapur vorgelegt und ohne Verdünnung10 ml Wofasteril E 400 zugegeben. Sofort schäumt die Mischung auf und entwickelt Wärme.
Man sieht hier, dass sich aus den insgesamt 40 ml konzentriert vereinigten Komponenten etwa 500 ml Schaum entwickelt haben. Die Temperatur ist deutlich angestiegen.(36,9”C)
Bild 35
Bild 34
Bild 36
25
7.4.3 Dosiertechnik und Fixverhältnis
Nach einer längeren Testphase mit dem Wofasteril-
Kombiverfahren festigte sich die Überzeugung, dass
für den Erfolg des Verfahrens einfache und verläss-
liche Dosiertechnik für die Bereitung der Kombi-
lösung verfügbar sein muss. Im Idealfall wäre das
eine pH-gesteuerte Dosierung. Die erwies sich als
zu teuer und zu aufwendig, zumal pH-Elektroden
relativ oft kalibriert werden müssen.
Einfachere Dosierverfahren setzen dagegen
voraus, dass zwischen Wirkstoff und Alkalisie-
rungsadditiv ein feststehendes Verhältnis existiert.
Ein solches Fixverhältnis stellt aber sehr hohe Anfor-
derungen an die Konstanz des AHP-Wirkstoff-
spiegels (Titerkonstanz). Warum?
Wir sehen hier noch einmal die beiden Zerfallswege
des AHP. In beiden Fällen entsteht aus dem Neu-
tralmolekül AHP die äquivalente Menge Essigsäure.
Mit anderen Worten: Der Wirkstoffzerfall produziert
Säure, die immer mehr Alkali zur optimalen pH-
Einsstellung erfordert.
Bei technischen PES-Produkten, in denen sich der
AHP-Gehalt ständig ändert, ist kein Fixverhältnis zu erreichen. Im Falle von Wofasteril kam der
Umstand zugute, dass dieses Produkt von Anfang
an als Arzneimittel in den Verkehr gebracht wurde
und sehr viel strengeren Anforderungen an die
Wirkstoffkonstanz über lange Zeit unterlag als das
bei einem marktüblichen technischen PES-Produkt
der Fall ist. Beim Wofasteril E 400 handelt es sich
herstellungsseitig und chemisch um ein Identpro-dukt des medizinischen Wofasterils mit seiner Zu-
lassung für die Händedesinfektion.
Acetylhydroperoxid(”Peressigsäure”)
CH3
CH COOH3 H O2 2
1/ O2 2CH COOH3
OOH
OC
Neutral
Neutral
Neutral
Säure
Säure
Hydrolyse
Peroxidzerfall
+
+
Bild 37
Die de facto-Arzneimittelqualität von Wofasteril
machte die Entwicklung eines Systems von analog
funktionierenden Kombiverfahren mit relativ ein-
facher Dosiertechnik möglich:
Die im linken Teil der Pyramide dargestellten PES-
Komponenten sind spezielle Zubereitungen des
(medizinischen) Wofasteril. Sie unterscheiden sich
im AHP-Gehalt, der in den jeweiligen Produktbe-
zeichnungen in g/l angegeben ist: Wofasteril E 250bezieht sich auf den Baustein mit 250 g/l AHP, der zur
Alkalisierung auf den optimalen pH-Wert im
Volumenverhältnis 1 : 2 mit alcapur kombiniert wird.
Für die Herstellung der Kombilösungen haben sich
im Wesentlichen zwei Dosiertechniken bewährt, die
beide keine anderen Hilfsenergien als den normalen
Wasserdruck benötigen.
Systembausteinedes Wofasteril-Kombiverfahrens
(Desinfektion mit gepufferter Peressigsäure)
WSTE 250
WSTE 400
alc(E,F)
alc(E,F)
alc(E,F)
alc(E,F)
alc(E,F)0,125 %
0,25 %
0,5 %
1 %
0,5
1
0,25
0,125
0,5
0 1
0,5
0,375
1
0,75
0,5
WSTL spez.
WSTE 125
alc(E,F)+
+ +
+ + +
Aufwandsmenge zur Erzielungäquivalenter Desinfektionsleistungen
k
w
fp
Auan
dsm
enge
anW
ksto
fom
onen
te
f
ir
Wirkstoff Puffer Gesamt
1. Doppeldosierinjektor DI 2
Bild 38
Bild 39
26
Es ist eine Art verlängerter Wasserhahn mit Druck-
regulierer im Kopfteil, der Schwankungen des Was-
serdrucks ausgleicht und so eine einfache Injektor-
dosierung ermöglicht. Die beiden Komponenten
werden kontinuierlich dem Wasserstrom zugemischt
und verlassen den Ablauf als einsatzbereite
Kombilösung. Die unterschiedlichen Mengenver-
hältnisse werden durch entsprechende Düsen-
durchmesser im seitlichen Ansaugteil fest einge-
stellt.
Größere Bedarfsmengen Kombilösung können mit
hydromechnischen Pumpen erzeugt werden, wie sie
im Bild mobil montiert sind.
Bei beiden Systemen beschränkt sich das Handling
auf das Einstecken der Sauglanzen durch einen ent-
sprechend durchbohrten Kanisterverschluss und
Öffnen des Wasserzuflusses. Bei ordnungsgemäß
eingestellter Dosiertechnik wird der mit dem Faktor
Mensch verbundene Unsicherheitsfaktor eliminiert
und die Basis für reproduzierbare Desinfektionser-
gebnisse bei optimalem Betriebsmittelverbrauch
geschaffen.
2. Hydromechanische Pumpen
Bild 40
7.4.4 Applikationsverfahren
Für das Wofasteril-Kombiverfahren steht im Prinzip
das übliche technische Arsenal zur Ausbringung von
Desinfektionslösungen zur Verfügung, also :
Eine interessante Technik ist das Ausbringen von
Desinfektionsschaum mit Schaumgeneratoren.
Diese gibt es sowohl für den Niederdruckbereich, als
auch in Form von Zusatzaggregaten für Hochdruck-
reiniger.
Das nachfolgende Foto zeigt die Schaumdesin-
fektion mit einem Niederdruck-Generator der Fa.
Kesla Hygiene AG, der mit normalem Wasserdruck
von 3 - 5 bar arbeitet:
Dieser Typ Schaumgenerator speist die beiden
Komponenten Wofasteril (E 400) und alcapur
separat in den Wasserstrom ein, bevor die nun
entstandene, verdünnte Kombilösung durch Druck-
luft aufgeschäumt wird. Das Additiv alcapur
übernimmt hier zugleich die Aufgabe der Schäumer-
komponente. Man kann die Schaumgüte variieren
von sahnig bis rasch zerfallend. Ersteres ist vor-
teilhaft bei senkrechten Flächen, letzteres dann,
wenn der Schaum nur zur Markierung der behan-
delten Flächen dienen soll.
1.
2.
3.
4.
5.
Desinfektionsbäder
Versprühen
Kaltnebeln
Verschäumen
Ausbringung mittels Hochdrucktechnik
Bild 41
27
Eine interessante neue Variante ist die Ausbringung
von Desinfektionsschaum mittels Hochdrucktech-nik. HD-Geräte galten durch ihre Messingbauteile
bislang als nicht PES-verträglich. Inzwischen wur-
den durch Entwicklungskooperation mit der AlfredKärcher GmbH & Co. KG für den zivilen Einsatz
und der Kärcher Futuretech GmbH für die ABC-
Abwehr bei den Streitkräften Zusatzgeräte
geschaffen, deren bisherige Erprobung bereits zu
vielversprechenden Erwartungen Anlass gibt.
Das nachfolgende Bild zeigt eine erste Idee der
Kopplung des Wofasteril E 400-Kombiverfahrens mit
HD-Technik. Beide Komponenten werden vor der
Einspeisung in die PES-empfindlichen Messing-
bauteile des HD-Gerätes in einer Mischkammer
vereinigt. Das minimale Kammervolumen sorgt
dafür, dass die hier entstehende Komponenten-
mischung in der Regel nach Sekundenbruchteilen
bereits im Wasserstrom verdünnt wird. So können
die negativen Effekte bei einer Vermischung der
Konzentrate - ansonsten ein schwerwiegender
„Kunstfehler“ - (s. 7.4.2) auf ein Minimum reduziert
werden.
Dieses Prinzip wurde inzwischen weiter optimiert
und steht unmittelbar vor der Praxisreife. Das be-
zieht sich nicht nur auf die konstruktiv-technische
Weiterentwicklung, sondern auch auf Innovationen
des chemischen Stoffsystems.
Bild 42
Das folgende Bild zeigt die praktische Anwendung.
Auf dem Rollwagen neben dem HD-Gerät ist die
Mischkammer montiert. Auf dem Wagen stehen die
Vorratsbehälter beider Komponenten. Die Nutzung
der HD-Technik ist gegenüber den Normaldruck-
generatoren oft produktiver. Letztere haben aber
auch ihre Daseinsberechtigung.
Hier kommt eine neue PES-Generation zum Einsatz,
die als Solvent Cage-PES („Lösungsmittelkäfig“-
PES) bezeichnet wird und unter der Marke Wofa-
steril SC in den Handel kommt. Der SC-Typ ist
langlebiger, thermisch sehr viel robuster und auch
seine Kombilösungen halten höhere Temperaturen
aus. Während die normalen Wofasteril E-Kombi-
lösungen sehr temperaturempfindlich und nicht über
30 °C einsetzbar sind, können SC-Kombi-Lösungen
bis 70 °C zumindest kurzzeitig erhitzt werden. Damit
sind kombinierte R & D-Prozesse möglich, wo auch
die Wärme als Intensivierungsfaktor nutzbar wird.
Chemie und Anwendungen des SC-Types sind ein
sehr interessantes Feld, das im Teil II des Materials
zur modernen PES-Desinfektion eingehender
behandelt wird.
Bild 43
28
7.4.5 Kontrolle des AHP-Gehaltes von PES-Produkten und deren Lösungen normal und alkalisiert
Zu den vielen Vorteilen des Wirkstoffes AHP gehört
auch die Unkompliziertheit seines Nachweises in
Handelsprodukten und der daraus hergestellten
Gebrauchslösungen. Wir wollen hier nur die für
Anwender ohne analytisches Labor und den
Feldversuch wichtigen Verfahrensweisen skizzie-
ren. Eine ausführliche Beschreibung aller geläufigen
Methoden für Praxis und Forschung bis hinunter in
den Mikrogrammbereich werden wir am Ende des
Teil III geben.
7.4.5.1 Titrationsverfahren
Zweistufen-Titration
Im analytischen Kontrollabor arbeitet man am häu-
figsten mit einer Zweistufentitration. Dabei wird in
der ersten Stufe das in jeder PES enthaltene WPO
bestimmt und in der gleichen Probe unmittelbar
danach das AHP. Das Prinzip dieser Bestimmungen
wird hier nur kurz skizziert:
1. Stufe: Titration der mit Eiswasser gekühlten und mit Schwefelsäure angesäuerten Probe mit 0,1 N Cer-IV-sulfat-Lösung gegen den Indikator Ferroin. Der TropfenFerroin färbt die zu titrierende Lösung orange, wie imfolgenden Foto links gezeigt.
Bild 44
Dann titriert man mit der Cer-IV-Maßlösung bis zum
Farbumschlag nach hellblau. An diesem Punkt ist
der gesamte WPO in der Probe in einer Redox-
Reaktion zerstört:
Jetzt wird der Verbrauch an Cer-IV-Lösung an der
Bürette abgelesen.
1 ml 0,1 N Cer-IV zeigt 1,7 mg H O an.2 2
Es werden 10 ml Kaliumiodid-Lösung R zugesetzt.
Die Lösung färbt sich tiefbraun, wenn AHP vorhan-
den ist. AHP oxidiert farbloses Iodid zu elementaren
Iod. Das wird nun mit 0,1 N Natriumthiosulfat-Lösung
titriert. Kurz vor den Umschlagspunkt werden 2 ml
Stärkelösung zugegeben. Iod bildet mit Stärke einen
tiefblauen Komplex, der den Umschlagspunkt ver-
schärft. Dieser liegt nicht wie sonst bei iodome-
trischen Titrationen üblich bei farblos, sondern bei
orange:
1 ml 0,1 N Na-thiosulfatllösung zeigt 3,8 mg AHP an.
Bild 45 Bild 46
Bild 47 Bild 48
29
Wer das einmal richtig gemacht und das Prinzip ver-standen hat, kann die Verdünnungen beliebig variieren und damit die meisten Fragestellungen in der Praxis beantworten.
8. Beispiele für Einsatzgebiete für dasWofasteril-Kombiverfahren
Da die Anwendungen und Praxiserfahrungen der
Wofasteril-Kombiverfahren ausführlicher im Teil IIder auf drei Teile angelegten Reihe „Grundlagen und
Anwendungen der modernen Peressigsäure-
Desinfektion“ abgehandelt werden, soll die
nachfolgende Aufzählung nur einen groben
Überblick geben.
8.1 Fahrzeugdesinfektion zur Tierseuchenprophylaxe und im Seuchenfall, weil
•
•
Anhang: S-Merkblatt für Einsatzkräfte bei hoch-infektiösen Erkrankungen aus: Handbuch für den Bevölkerungsschutz - Biologische Gefahren I , herausgegeben vom Bundesamt für Bevölkerungs-schutz und Katastrophenhilfe und dem Robert-Koch-Institut /17/
Anhang: T-Merkblatt für Einsatzkräfte: Vogelgrippeim Geflügelbetrieb /17/
8.2 Sporozide Desinfektion in Truppenküchender Bundeswehr
8.3 In den Decon-Behältern der US-Army-Feuer-wehren an allen europäischen Standorten.
8.4 In den von Kärcher Futuretech bis 2011 an die ABC-Truppe der Bundeswehr auszuliefernden Sys-temen TEP 90 zur biologischen Dekontamination(hier als BDS 2000 bezeichnet).
8.5 Melkzeugzwischendesinfektion in großenMilchviehanlagen.
8.6 Als Schaum zur hygienischen Klauenwäschebei Milchkühen
7.4.5.2 Merck-Teststäbchen
Eine elegante und für viele Praxisfragen aus-
reichend genaue Bestimmung des Wirkstoffes AHP
in PES-Produkten und Gebrauchslösungen ist mit
einfachen Teststäbchen durchführbar. Das Nach-
weisprinzip beruht auf der Bildung eines Farbstoffes
aus phenolischen Verbindungen, die ziemlich selek-
tiv durch AHP oxidiert werden.
Hier als Beispiel PES (AHP) -Stäbchen von Merck,
deren Anzeigeskala in Stufen von 50 oder 100 ppm
(mg/l)AHP bis 500 ppm reicht.
Am einfachsten ist die Gehaltsbestimmung beiungepufferten Lösungen.
Wenn wir z.B. den AHP-Gehalt von Wofasteril E 400 prüfen wollen, gibt man 1 ml Konzentrat auf 1000 ml. Wofasteril E 400 enthält 400 g/l AHP. Im Verhältnis 1: 1000 verdünnt, sollten in der Lösungen 400 mg/l gefunden werden. Das ist am oberen Ende der Anzeigeskala.
Die meisten Anwendungen liegen im Bereich von 0,2 bis 0,5 % Wofasteril E 400. Eine solche Lösung verdünnt man 1:1 bis 1:5 und prüft mit dem Teststäbchen.
Alkalisierte Lösungen
Da die Farbstoffbildung nur im schwachsauren pH-Be-reich zwischen 3 bis 5 erfolgt, lassen sich alkalisierte Ge-brauchslösungen nicht direkt bestimmen. Sie müssen vorher angesäuert werden.
Angenommen, eine alkalisierte Desinfektionslösung mit0,2 % Wofasteril E 400-Sollkonzentration soll überprüft werden. Wie geht man vor?
1. pH-Wert prüfen2. 50 ml Prüflösung abnehmen, mit 10%iger Citronen-
säure oder Essigsäure versetzen, pH prüfen, liegter zwischen 3 und 5, Prüflösung auf 100 ml auffüllen
3. AHP-Gehalt mit Teststäbchen ermitteln4. angezeigten Wert mit 2 multiplizieren, um die Ver-
dünnung auszugleichen
Bild 49
30
Desinfektionserfolg schon nach wenigen MinutenEWZ (AHP hat höchste Wirkungsgeschwindigkeitaller bekannten Mikrobizidie)
Desinfektionserfolg und -geschwindigkeit kaumtemperaturabhängig. Mit Glykolen gefrierge-schützte Wofasteril E 400-Kombilösungen sind bis - 25°C wirksam.
Literatur (ausführliches Literaturverzeichnis am Ende von Teil III):
1/ Freer, P.C., Novy, F.G.: Am Chem J. Vol. XXVII, March, No. 3 p 161 – 192 (1902)
/2/ d’Ans, J., Frey, W.: Ber. Dt. Chem. Ges. Bd. II, S. 1845 – 1858 (1912)
/3/ Greenspan, F.P., MacKellar, D.G.: Food Technol. 5, 95 – 97 (1951)
/4/ Lowings, P.H.: Appl. Microbiol. Vol. 4 84 – 88 (1956)
/5/ Trexler, P.C., Reynolds, L.I.: Appl. Microbiol. Vol. 5, 406 – 412 (1957)
/6/ Kline, L.B., Hull, R.N.: Am J Clin Path 33 pp 30 – 33 (1960)
/7/ Tichacek, B. et al. : Kyselina peroctova a moznosti jejjiho vyuziti v dezinfekci. Praha 1966
/8/ Sprößig, M., Mücke, H.: Publikationsübersicht: in Wiss. Z Humboldt-Univ. Math.-Nat. R. XXXI (1982), und in „Wofasteril - Literaturzusammenstellung 1964 – 1979 und Symposiumsbericht „Anwendung der Peressigsäure in der Humanmedizin“ Eisenach 1978 mit 272 Zitaten
/9/ Schlenker, E.: Zur Desinfektion mittels Wofasteril in der stomatologischen Praxis – Dissertation Uni Leipzig 1981
/10/ Schreiner, G., Bube, I.: Flüss. Obst 66, 4, S. 183 – 188 (1999); Schreiner, G., Schwabe, H., Bube I.: fleisch-magazin 6, S. 13 – 17 (1999)
/11/ Groba, D: Untersuchungsbericht. Kesla Pharma Wolfen 2004 (unveröffentlicht)
/12/ Sauerbrei, A.: Untersuchungen zur sporoziden Wirkung der Peressigsäure in Abhängigkeit vom pH. Dipl.-Arbeit, Medizinische Akademie Erfurt 1975
/13/ Wallhäuser, K.H.: Praxis der Sterilisation, Desinfektion, Konservierung. 5. Aufl. 1995, G. Thieme Verlag Stuttgart New York
/14/ Geiler, W., Otto, J., Mücke, H.: Z. Klin. Med. 44, S. 349 – 352 (1989)
/15/ Beckert, H., Wölfel, H.: Vergleichende Untersuchungen über den Korrosionsschutz verschiedener Desinfektionsverfahren mit Peressigsäure im alkalischen Milieu für medizinische Instrumente. – Dissertation A Medizinische Akademie Erfurt 1984;Werner, I.: Untersuchungen zur materialschonenden kombinierten Reinigung und Desinfektion von Instrumenten im alkalischen Milieu. Dissertation A Medizinische Akademie Erfurt 1985;
/16/ Wutzler, P. et al.: Z. med. Labortechn. 16, 253 – 259 (1975)
/17/ Steffler, R. et al.: Desinfektion und Dekontamination bei B-Lagen durch operative Kräfte der Gefahrenabwehr,Kapitel 6.8 in: Handbuch zum Bevölkerungsschutz – Biologische Gefahren I 3. Auflage Bonn, Herausgeber: Bundesamt fürBevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe in Gemeinschaft mit dem Robert Koch-Institut
Danksagung
Der Autor bedankt sich bei allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, die bei Erstellung des druckfertigen Manuskriptes, bei der Bereitstellung von Daten, Zuarbeiten oder beim Korrekturlesen Hilfestellung geleistet haben.
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2008: Fachakademie für angewandte Hygiene D-06803 Bitterfeld-WolfenOT Greppin, Salegaster Chaussee 4
Als Manuskript gedruckt.