蒸汽和灭菌器的关系,就好像子弹和手枪一样。保养再好的手枪,装上空壳子弹也没法发挥杀伤。在讨论蒸汽时经常看到饱和蒸汽的概念,有时候前面还加个干燥。那到底什么是干燥的饱和蒸汽?
虽然 Steam sterilizer 蒸汽灭菌器在灭菌过程中使用到的真实灭菌介质是高温的液态水,但这些水毕竟不能凭空出现,它们的来源是高温高压下的蒸汽。理想状态当然是3个大气压、134℃状态的干燥的饱和蒸汽(dry saturated steam)。但这个概念存在很多问题:什么是“干燥的饱和蒸汽”?蒸汽为什么还能是干燥的?饱和是什么意思,怎么才算饱和?
我们一个词一个词的来理解它。
简单来说,纯净的蒸汽就是一团气体,不含任何液体的气体。日常生活里也能找得到。比如当我们用水壶烧开水的时候,可以看到大量的白色雾气从水壶里涌出。这些白色雾气并不是纯净蒸汽。因为作为一团纯气体的蒸汽是无色无味,看不到的。白色的颜色是因为纯净蒸汽在向上飘的过程中,遇到了冷的空气,而发生了一部分的凝结,成为了一颗一颗的小水珠。这些细小的水珠混杂在纯净蒸汽里一起向上飘,白色的颜色其实是小水珠们的反光。
而「纯净蒸汽+小水珠」的混合物,就是我们常提到的湿蒸汽。湿蒸汽对灭菌的结果通常影响不大,但很可能引起湿包(当然这一点也存在争议,我们会在后续推送谈到)。
所以反过来,干燥的蒸汽,就是不含有液态水分的蒸汽。北方的澡堂里雾气缭绕,全都是湿蒸汽。当看不到任何颜色时,这个状态的蒸汽才更接近“干燥”。
对于饱和蒸汽的物理解释,如果从头说起还真是非常麻烦,涉及到很多化学和物理学知识。在CSSD我们仅对其做一个简单的科普了解即可。饱和蒸汽的概念定义为:与水处于平衡状态的蒸汽叫饱和蒸汽。简单来说,饱和蒸汽就是等同于当前沸点温度的蒸汽。
比如在通常生活环境下,正好等于沸点100℃的蒸汽就是这个压强下的饱和蒸汽。也就是烧开水的时候,刚刚离开水面的蒸汽。如果蒸汽再往上飘一点就会触碰空气而降温,进而温度下降,就不再是等同于沸点100℃的饱和蒸汽了。
水的沸点并不是一成不变的,它跟环境的压强相关。压强越大,水沸点越高;压强降低,水沸点也降低。通常生活环境的气压为1 bar左右,对应的水沸点为100℃。去往海拔高的地方比如青藏高原,环境气压会下降,水会在煮到70~80℃就沸腾。而在高压锅里,压强大幅提升,水就可以被煮到100℃以上。
而灭菌器——一个升级版的高压锅——里面通常灭菌选择的压强是3 bar,对应的沸点就是134℃。而在这个压强下,正正好好134℃的蒸汽,就是饱和蒸汽。
假设我们人为地继续对3 bar下134℃的饱和蒸汽加热,那么这团蒸汽温度就会超过沸点变成140℃。此时这团蒸汽就不再饱和,也有一个新的名字:超热蒸汽(or 过热蒸汽)。超热蒸汽团内无法形成灭菌条件,只有当其温度下降到沸点及以下时才有可能凝结成液态水,才会有高温的液态水从而形成湿热环境来杀灭微生物。