淺述醫(yī)用氧與分子篩制氧法

曲婷婷 崔昊 大連藥品不良反應監(jiān)測中心 (大連 116021)

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，許多高技術(shù)含量的新型醫(yī)療設備不斷地走進醫(yī)院，廣泛地應用于臨床診斷和治療中。分子篩制氧法是近十年來發(fā)展成熟的一種制氧方法，它是以空氣為原料，以沸石分子篩為吸附劑，在常溫低壓條件下，利用分子篩加壓時對氮的吸附容量增加，減壓時對氮的吸附容量減少的特性，形成加壓吸附，減壓解析的快速循環(huán)過程，使空氣中的氧和氮氣得以分離，可分出濃度在90%以上的高濃度氧氣[1]。

1.我國關于醫(yī)用氧的相關規(guī)定

1.1 醫(yī)用氧為藥品

醫(yī)用氧作為一種特殊的氣態(tài)藥品，直接用于人體的醫(yī)療和保健，屬于國家實行藥品批準文號管理的產(chǎn)品。1988年國家標準總局頒布了GB 8982-1988《醫(yī)用氧氣》國家標準，該標準規(guī)定了醫(yī)用氧氣氧含量≥99.5%，同時對水分、二氧化碳、一氧化碳、氣態(tài)酸和堿、臭氧和其他氣態(tài)化合物含量及氣味作了規(guī)定。1995年國家已將其收入《中國藥典》，2000年版藥典又對其進行了進一步的修改，《中國藥典》2005年版第二部收載的氧，其作用為“缺氧的預防和治療”，這充分說明在我國醫(yī)用氧是按藥品來管理的。

1.2 醫(yī)用氧的生產(chǎn)、使用要求

目前，醫(yī)用氧氣制取方法有低溫空氣分離法和醫(yī)用分子篩變壓吸附法兩種。兩種方法制取的氧氣，其質(zhì)量必須符合標準要求方可使用。低溫空氣分離法制取的氧氣，其質(zhì)量必須符合《中華人民共和國藥典》2005年版規(guī)定要求。醫(yī)用分子篩變壓吸附法制取的氧氣，其質(zhì)量標準正在由國家藥典委員會組織制定中，在該標準頒布執(zhí)行前，暫不對該方法制取的氧氣實行藥品批準文號管理，也暫不發(fā)放《醫(yī)療機構(gòu)制劑許可證》。但其分子篩制氧設備必須獲得《醫(yī)療器械注冊許可證》，同時必須符合《醫(yī)用分子篩制氧設備通用技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定要求，經(jīng)省級藥品監(jiān)管局備案后方可供臨床醫(yī)療使用[2]。

根據(jù)國家食品藥品監(jiān)督管理局《關于醫(yī)用氧經(jīng)營企業(yè)監(jiān)管有關問題的批復》（國食藥監(jiān)市[2006]440號）的規(guī)定，對實行藥品批準文號管理的低溫空氣分離法制取的氧氣，應嚴格按照藥品進行管理，在取得《藥品生產(chǎn)許可證》后方可生產(chǎn)，取得《藥品經(jīng)營許可證》后方可經(jīng)營；對暫不實行藥品批準文號管理的醫(yī)用分子篩變壓吸附法制取的氧氣，經(jīng)營企業(yè)暫不需要領取《藥品經(jīng)營許可證》。

根據(jù)《藥品管理法》相關規(guī)定，醫(yī)療機構(gòu)必須使用獲得《藥品生產(chǎn)許可證》和批準文號并通過GMP認證的企業(yè)生產(chǎn)的“藥用氧”，未經(jīng)注冊審批的醫(yī)用氧，不得供臨床使用。

2.制氧方法

2.1 低溫分離法

醫(yī)用氧多采用低溫分離法，首先把空氣預冷、凈化(去除空氣中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳氫化合物等氣體和灰塵等雜質(zhì))，然后進行壓縮、冷卻，使之成為液態(tài)空氣。然后，利用氧和氮沸點的不同，在蒸餾塔中把液態(tài)空氣多次蒸發(fā)和冷凝，將氧氣和氮氣分離開來，這種工藝制出的氧氣純度比較高。

2.2 分子篩制氧法（吸附法）

利用氮分子大于氧分子的特性，使用特制的分子篩把空氣中的氧分離出來。首先，用壓縮機迫使干燥的空氣通過分子篩進入抽成真空的吸附器中，空氣中的氮分子即被分子篩所吸附，氧氣進入吸附器內(nèi)，當吸附器內(nèi)氧氣達到一定量（壓力達到一定程度）時，即可打開出氧閥門放出氧氣。經(jīng)過一段時間，分子篩吸附的氮逐漸增多，吸附能力減弱，產(chǎn)出的氧氣純度下降，需要用真空泵抽出吸附在分子篩上面的氮，然后重復上述過程。這種制取氧的方法亦稱吸附法。

2.2.1 PSA 產(chǎn)品氧技術(shù)規(guī)范見表1[3]。

2.2.2 吸附式制氧法的特點

與使用氧氣瓶集中供氧和中心液態(tài)氧供氧相比，吸附式制氧具有安全、可靠、簡單、初期投入大、收回成本快等特點[4]。

表1.PSA 產(chǎn)品氧技術(shù)規(guī)范

3.分子篩制氧機與深冷制氧機應用比較

項目 分子篩制氧機 深冷制氧機制氧量（ m3/h） 1100 1000氧氣純度（%） 93±2 ≥99.5氧氣提取率（%） 40～ 60 ≥96起動時間 5～10min > 30h連續(xù)作業(yè)時間(年) > 5 1占地面積(m2) 432 1800

4.討論

4.1 醫(yī)用氧的使用背景

1988年以前，我國的醫(yī)療用氧都是由制氧廠采用深冷法分離空氣,按照《工業(yè)用氣態(tài)氧》標準生產(chǎn)的工業(yè)用氧氣。隨著我國醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的日益發(fā)展和人民健康水平的不斷提高，對醫(yī)用氧氣的質(zhì)量要求在不斷提高，繼續(xù)把含有游離水、鹵素等對人體有害雜質(zhì)的工業(yè)用氧氣用于醫(yī)療和保健，顯然已不符合人體健康要求。為此，1988年4月12日，國家標準總局頒布了GB 8982-1988《醫(yī)用氧氣》國家標準，并于同年12月1日開始實施。該標準規(guī)定了醫(yī)用氧氣氧含量≥99.5%，同時對水分、二氧化碳、一氧化碳、氣態(tài)酸和堿、臭氧和其他氣態(tài)化合物含量及氣味作了規(guī)定。但該標準在“主題和適用范圍”一章中，明確規(guī)定“本標準適用于深冷法分離空氣而制得的氧氣”。對用深冷法以外的其他方法制得的氧氣，包括用分子篩變壓吸附法制得的氧氣，均未曾提及。GB8982-1998《醫(yī)用氧氣》國家標準保留了這一規(guī)定，但在措詞和提法上略有不同：“本標準適用于由低溫法分離空氣而制取的氣態(tài)和液態(tài)氧”，其內(nèi)容實質(zhì)是相同的。我國從建國以來，先后已編訂了七版中國藥典，均規(guī)定醫(yī)用氧氣含氧不得少于99.5%。從《中華人民共和國藥典》注釋中可以看出，也是以用深冷法分離空氣制得的氧氣為對象確定的[5]。

4.2 人體生理對氧含量的要求

從人體呼吸生理來看，人體進行新陳代謝離不開氧氣，缺氧對人體有害，嚴重缺氧時會有生命危險。但正常人若較長時間吸入純氧，不但對人體無益反而有可能引發(fā)氧中毒癥。常壓下吸氧，氧的濃度一般在25—55%之間[6]。因此，為了排除氧中毒，在長時間持續(xù)等壓氧療時，對成年人要應用氧濃度低于60%和氧分壓低于60kPa(<450mmHg)的混合氣體，治療新生兒或乳兒時所用的混合氣體，其氧濃度不應超過60%，其氧分壓不應超過40kPa（≤300mmHg）?？梢?，從人體呼吸生理角度考慮，并不需要吸入氧含量很高的氧氣。

為防止在搶救和治療過程中，因吸入“純氧”而引發(fā)氧中毒癥，所有的呼吸機和麻醉機的氧含量調(diào)整范圍均定在21%～90%的范圍內(nèi)[5]。這一規(guī)定表明，只要醫(yī)用氧氣的氧含量在90%以上，就可以滿足呼吸機和麻醉機對病人進行搶救和治療的需要。

4.3 醫(yī)用氧氣氧含量的由來

前已述及，無論是《醫(yī)用氧氣》國家標準還是《中國藥典》，其對醫(yī)用氧氣氧含量的規(guī)定都是以深冷法分離空氣制得的氧氣為對象確定的。對于用深冷法制得的醫(yī)用氧氣，這樣規(guī)定是科學而合理的。因用深冷法分離空氣制得的醫(yī)用氧氣，其組成除了氧氣以外，其他即為水分、二氧化碳、一氧化碳、氣態(tài)酸和堿、臭氧及其他氣態(tài)氧化物等對人體有害的成分。如果對氧含量的規(guī)定低于99.5%，則這些對人體有害的成分的含量就會增加，導致超越《醫(yī)用氧氣》國家標準和《中國藥典》規(guī)定的含量，從而會對人體健康造成危害。這就是對用深冷法分離空氣制成的醫(yī)用氧氣，其氧含量規(guī)定不能低于99.5%的原因，也是醫(yī)用氧氣氧含量必須≥99.5%的由來。

4.4 美國藥典對醫(yī)用氧的規(guī)定

美國在1990年就已把分子篩變壓吸附(PSA)法所制得的氧氣，簡稱為“93%氧”(“Oxygen 93 Percent”)納入美國藥典USP-XXⅡ版。藥典中規(guī)定，93%氧是通過分子篩從空氣中產(chǎn)生，含量不低于90.0%，不高于96.0% ，其余大部分構(gòu)成是氮氣和氬氣。所以，美國藥典中對氧氣的規(guī)定有氧和93%氧兩種標準[7]。國際標準IS010083-1992《醫(yī)用氣體管道系統(tǒng)的制氧設備》對醫(yī)用氧氣氧含量的規(guī)定和美國藥典對氧含量的規(guī)定相同[4]。

4.5 分子篩制氧存在的問題

盡管分子篩制氧系統(tǒng)已經(jīng)在一些醫(yī)療場所使用，但是其存在一定的使用風險。如醫(yī)用分子篩制氧系統(tǒng)沒有峰谷調(diào)節(jié)能力，有一定的局限性，且設備成本較高[8]。目前使用的醫(yī)用分子篩制氧系統(tǒng)完全依靠電力驅(qū)動， 因此要有完善的電力安全措施，防止因電力系統(tǒng)故障導致制氧設備失效等重大事故。

5.結(jié)語

綜上所述，可以歸結(jié)為以下幾點：一是《醫(yī)用氧氣》國家標準和《中國藥典》所規(guī)定的醫(yī)用氧氣氧含量不能低于99.5%，并不意味著醫(yī)院不能把氧含量低于99.5%的氧氣用于缺氧的預防和治療；二是醫(yī)院用于缺氧的預防和治療的氧氣，其氧含量只要≥90%即可滿足使用要求。但是要有前提條件，即氧氣里對人體有害成分的含量不能超過《醫(yī)用氧氣》國家標準的規(guī)定值，這應是確定某種氧氣是否能用于醫(yī)療保健的關鍵；三是醫(yī)用分子篩制氧系統(tǒng)需要改進，以確保在投入使用后風險降到可接受的范圍。

[1]盧樟好，馮濤.PSA 技術(shù)與醫(yī)用分子篩制氧設備[J ].低溫與特氣，1999 ，(1) :19 - 21.

[2]國家食品藥品監(jiān)管局規(guī)范醫(yī)用氧氣的管理[J].當代醫(yī)學，2003，（08）

[3]彭永耀，徐卯同.變壓吸附制氧技術(shù)及其應用[J].冶金設備，1998，（04）

[4]陳躍龍,劉曼芳,孫建梅,等.醫(yī)用液態(tài)氧及PSA 制氧有關情況的分析與比較[J].醫(yī)療設備信息,2001,16 (10):48 - 49.

[5]盧樟好.醫(yī)用氧氣氧含量問題淺述[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備.2001（06）

[6]中國人民解放軍第251醫(yī)院高壓氧科。 http://www.251yy.com.cn/keshi/gaoyayang/question.asp

[7]USP28–NF23Page 1442-1443 Pharmacopeial Forum:Volume No.28(4)Page 1171

[8]楊斌，張美，袁鐘清等.醫(yī)用分子篩制氧系統(tǒng)方案設計中需注意的幾個問題[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備.2010，31（3）：107-108