Автоклав

Автокла́в (від грец. autós – «сам» і лат. clavis – «ключ»)^[1] – апарат у вигляді посудини під тиском із кришкою або дверима, у якому матеріали обробляють за тиску, вищого за атмосферний, і, у більшості випадків, за підвищеної температури^[2]. Автоклави застосовують для хімічних реакцій під тиском, стерилізації, вулканізації гуми та інших технологічних процесів^[3].

У медицині автоклави використовують як парові стерилізатори, зокрема для стерилізації хірургічних інструментів та інших термостійких виробів^[1][4]. У лабораторній практиці автоклавування застосовують для стерилізації поживних середовищ і лабораторних матеріалів, а також для знезараження мікробіологічних відходів^[1][4].

У 1679 році французький фізик Дені Папен, який працював в Англії з Робертом Бойлем, сконструював апарат для приготування їжі під високим тиском, що згодом став відомий як «дигестер Папена»^[5].

9 квітня 1820 року П'єр-Александр Лемар подав патентну заявку на пристрій під назвою фр. marmite autoclave («автоклавна каструля»)^[6]. 28 грудня 1852 року Раймон Шевальє-Аппер подав патентну заявку на спосіб стерилізації під назвою фр. autoclave avec manomètre spécial («автоклав зі спеціальним манометром»); у музейному описі цей апарат названо попередником сучасного парового стерилізатора^[7].

У 1879 році французький мікробіолог Шарль Шамберлан, співробітник Луї Пастера, під час робіт зі стерилізації поживних середовищ розробив дезінфекційний апарат, який отримав назву автоклава Шамберлана^[8]. За даними Інституту Пастера, апарат невдовзі почали застосовувати в бактеріологічних лабораторіях, хірургічних відділеннях і дезінфекційних установах^[8].

Робота автоклава ґрунтується на проведенні технологічного процесу в закритій посудині за тиску, вищого за атмосферний; у більшості випадків процес відбувається також за підвищеної температури^[2]. Робоче середовище, температура, тиск і тривалість оброблення залежать від призначення автоклава та конкретного технологічного процесу.

У процесах із використанням насиченої водяної пари її температура однозначно пов'язана з абсолютним тиском. Зі збільшенням тиску підвищується температура насичення, тому в паровому автоклаві можна підтримувати насичену пару за температури, вищої за температуру кипіння води за атмосферного тиску. Манометри при цьому зазвичай показують надлишковий тиск, тоді як залежність температури насиченої пари визначається її абсолютним тиском^[9].

Під час парової стерилізації вироби безпосередньо контактують із насиченою парою за встановлених температури й тиску протягом заданого часу. Тиск дає змогу отримати високу температуру, необхідну для знищення мікроорганізмів, а вологе тепло спричиняє необоротну коагуляцію та денатурацію їхніх ферментів і структурних білків^[4]. Повітря, що залишається в камері або всередині завантаження, перешкоджає проникненню пари та її безпосередньому контакту з оброблюваними поверхнями^[4].

Промислові автоклави зазвичай мають металевий циліндричний корпус із герметичною кришкою або дверима. Їх оснащують приладами контролю температури й тиску та запобіжними пристроями від надлишкового тиску; для захисту від хімічної дії робочого середовища внутрішню поверхню корпусу за потреби покривають захисними матеріалами^[3].

В Україні вимоги до матеріалів обладнання, що працює під тиском і підпадає під дію відповідного технічного регламенту, встановлено Технічним регламентом обладнання, що працює під тиском^[10]. Матеріали частин, що перебувають під тиском, повинні зберігати придатні для експлуатації властивості протягом передбаченого строку служби, мати достатні міцність і в'язкість та бути стійкими до хімічної дії робочого середовища^[10].

У хімічній промисловості автоклави застосовують для реакцій, що потребують підвищеного тиску, а в гумовій промисловості – для вулканізації виробів^[3].

У гідрометалургії автоклави використовують для вилуговування руд, концентратів і техногенної сировини за підвищених температури й тиску. Автоклавне вилуговування застосовують, зокрема, під час виробництва урану, алюмінію, вольфраму, нікелю, міді та цинку^[11]. Автоклави застосовують також для гідротермального синтезу кристалічних неорганічних речовин із водних розчинів за температур понад 100 °C і підвищеного тиску, зокрема для вирощування монокристалів^[12].

У виробництві будівельних матеріалів в автоклавах у гідротермальних умовах виготовляють, зокрема, силікатну цеглу та бетон^[13].

Автоклавне оброблення застосовують під час виготовлення полімерних композиційних матеріалів. Великі елементи конструкцій сучасних пасажирських літаків із високоміцних композиційних матеріалів на основі вуглецевих волокон і термореактивної полімерної матриці зазвичай затверджують в автоклавах за контрольованих температури й тиску^[14]. У промисловому обробленні деревини в автоклавах її під тиском просочують захисними речовинами або антипіренами^[15].

У технологіях перероблення вугілля автоклави застосовують, зокрема, для приготування зрідженого палива з вугілля та виробництва вугільних термобрикетів^[16][17].

У закладах охорони здоров'я парові автоклави застосовують для стерилізації медичних виробів, стійких до дії високої температури та вологи^[4]. За способом видалення повітря з камери до основних типів парових стерилізаторів належать гравітаційні та передвакуумні^[4].

У гравітаційному стерилізаторі пара, що надходить у камеру, витісняє повітря через випускний канал у її нижній частині. Такі стерилізатори застосовують, зокрема, для оброблення лабораторних поживних середовищ, води, деяких фармацевтичних продуктів, медичних відходів і непористих виробів. Неповне видалення повітря уповільнює проникнення пари в пористі матеріали^[4].

У передвакуумних стерилізаторах повітря перед подаванням пари видаляють із камери та завантаження за допомогою вакуумного насоса або ежектора, що забезпечує швидке проникнення пари в пористе завантаження^[4]. Застосовують також системи імпульсного видалення повітря, у яких чергуються подавання пари й імпульси тиску вище атмосферного без створення вакууму^[18].

У лабораторіях автоклави використовують для стерилізації поживних середовищ і води, а також для знезараження мікробіологічних відходів^[4]. У невеликих медичних, стоматологічних та амбулаторних закладах застосовують настільні парові стерилізатори, призначені для оброблення невеликих інструментів^[4].

У харчовій промисловості автоклави, або реторти, застосовують для теплового оброблення харчових продуктів у герметично закритій упаковці. Для низькокислотних продуктів метою такого оброблення є досягнення комерційної стерильності, тобто стану, за якого продукт придатний до зберігання за кімнатної температури^[19].

Режим теплового оброблення встановлюють для конкретного продукту, його складу, типу й розміру упаковки. Для цього досліджують розподіл температури в реторті та проникнення тепла в продукт; для низькокислотних продуктів режим має, зокрема, забезпечувати контроль Clostridium botulinum^[19].

Залежно від конструкції реторти як теплоносій використовують насичену водяну пару, гарячу воду або суміш пари й повітря^[9][20][21]. У пароповітряних ретортах суміш пари й повітря примусово циркулює для запобігання утворенню зон із недостатнім теплообміном; додавання повітря дає змогу створювати протитиск для захисту упаковки від деформації або пошкодження^[21]. Під час охолодження протитиск також може підтримуватися для запобігання надмірній різниці тиску всередині й зовні упаковки^[19].

Для парових реторт відлік установленого часу оброблення починають після завершення видалення повітря та досягнення заданої температури процесу^[19].

Автоклави як посудини під тиском потребують захисту від відкривання кришки або дверей під час перебування апарата під тиском. Конструкція має перешкоджати створенню тиску до повного закриття й блокування кришки або дверей та їх відкриванню до зниження внутрішнього тиску до атмосферного^[2]. Безпечна експлуатація передбачає справність блокувальних і запобіжних пристроїв, технічне обслуговування та підготовку персоналу^[2].

В Україні Правила охорони праці під час експлуатації обладнання, що працює під тиском, поширюються на суб'єктів господарювання, які експлуатують та обслуговують визначене цими правилами обладнання під тиском понад 0,5 бар^[22]. Правила вимагають забезпечувати справний стан і безпечну експлуатацію такого обладнання, організовувати технічне обслуговування й огляди, призначати відповідального працівника та залучати персонал, який пройшов відповідне навчання і має необхідну кваліфікацію^[22].

Міжнародний стандарт ISO 17665:2024 установлює вимоги до розроблення, валідації та поточного контролю процесів стерилізації медичних виробів вологим теплом^[23].

Під час поточного контролю парової стерилізації застосовують фізичний контроль параметрів циклу, а також хімічні та біологічні індикатори^[24]. До контрольованих фізичних параметрів належать, зокрема, температура, тривалість перебування за заданої температури та тиск^[4].

Хімічні індикатори реагують фізичною або хімічною зміною на один або кілька параметрів процесу стерилізації, однак самі по собі не підтверджують досягнення стерильності^[24][25].

Для перевірки здатності передвакуумного парового стерилізатора видаляти повітря з камери застосовують тест Бові–Діка. Цей тест не є тестом стерильності обробленого завантаження^[18].

Біологічні індикатори використовують для оцінювання ефективності процесу стерилізації за допомогою мікроорганізмів відомої стійкості. Вимоги до біологічних індикаторів для стерилізації вологим теплом установлено ISO 11138-3:2017^[26]. Для контролю парової стерилізації застосовують, зокрема, спори Geobacillus stearothermophilus^[4].

• Федин Р. М. Автоклав // Фармацевтична енциклопедія.
• Автоклав // Гірничий енциклопедичний словник.

• Автоклав [Архівовано 25 лютого 2022 у Wayback Machine.] // ВУЕ