一次性過溫檢測方法的研究

胡浩，馬巍，劉文亮，姜彩宇，王瑛彤

吉林省農(nóng)業(yè)機械研究院，吉林長春 130022

很多食品、藥品和試劑等對保溫有苛刻的要求。溫度敏感藥品占藥品總量的比例越來越高，特別是冷藏藥品年度增長率均15%以上[1]。疫苗絕大多數(shù)需要2～8 ℃儲存,少量-20 ℃以下儲存,屬于溫度敏感性產(chǎn)品，而且由于疫苗的需求面廣而使用劑量少,使得其發(fā)貨具有“小批量、多批次、多頻次、多區(qū)域”的特點[2]。疫苗從生產(chǎn)到使用的全過程始終需要處于冷藏設(shè)施規(guī)定的溫度中儲存、運輸[3]。高于或者低于某特定溫度就會變質(zhì)或失效。疫苗的冷藏管理措施是否得當(dāng)直接關(guān)系到疫苗的質(zhì)量和確保疫苗的安全接種[4]。而消費者買到它們時或者使用它們之前一般都并不清楚在生產(chǎn)、運輸、貯藏和銷售過程中它們是否因高于或者低于某特定溫度而造成變質(zhì)或失效?，F(xiàn)有各種有記憶功能的數(shù)顯溫度計或溫度測試儀等均無法經(jīng)濟地做到在效期內(nèi)完整監(jiān)控每一個食品、藥品或試劑等的最小包裝。因此，現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中亟需要一種新型的技術(shù)方案來解決這一問題。

一次性過溫檢測方法(專利申請?zhí)朇N201410690202.3)可在有效期內(nèi)完整監(jiān)控待測物品或環(huán)境是否超過溫度限制，且成本低，適合大批量生產(chǎn)使用，給食品、藥品或試劑等的溫度監(jiān)控帶來了極大的便利。

一次性過溫檢測裝置包括內(nèi)層密閉容器和外層密閉容器，內(nèi)層密閉容器與外層密閉容器相互嵌套設(shè)置，內(nèi)層密閉容器設(shè)置在外層密閉容器的內(nèi)部，與外層密閉容器的內(nèi)底面固定安裝。內(nèi)層密閉容器的材質(zhì)選擇范圍為牢固的、不與裝填物發(fā)生反應(yīng)、在內(nèi)外壓力差超過一定值時發(fā)生破裂；所述外層密閉容器的材質(zhì)選擇范圍為牢固的、裝填物發(fā)生發(fā)應(yīng)，在3.0 atm 的氣壓下不會破裂，透明或者半透明。

通過利用升溫到特定溫度，內(nèi)、外層密閉容器原有的氣壓差擴大進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)層密閉容器發(fā)生破裂，或因裝填物甲或裝填物乙中氣體隨溫度變化的溶解度差異，擴大內(nèi)、外層密閉容器之間的氣壓差，導(dǎo)致內(nèi)層密閉容器發(fā)生破裂，或因裝填物甲或裝填物乙發(fā)生相變進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)、外層密閉容器內(nèi)的氣壓差超出一定值導(dǎo)致內(nèi)層密閉容器發(fā)生破裂，或因裝填物甲或裝填物乙在溫度變化下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致內(nèi)、外層密閉容器內(nèi)的氣壓差超出一定值導(dǎo)致內(nèi)層密閉容器發(fā)生破裂，或因內(nèi)層密閉容器內(nèi)的水溶液因凝固而容積膨脹導(dǎo)致內(nèi)層密閉容器發(fā)生破裂，從而使裝填物甲與裝填物乙相接觸并發(fā)生顏色變化的原理，該原理可以保證容器內(nèi)試劑在該一次性過溫指示裝置的溫度有效范圍內(nèi)發(fā)生永久性的顏色變化，且這種變化直觀可見，從而判斷待測物品或環(huán)境的溫度是否曾超過溫度上限或者下限。外層密閉容器為耐壓密封容器，保證了容器內(nèi)試劑不會外流，不會產(chǎn)生污染或者對檢測的物質(zhì)產(chǎn)生影響和危害。一次性過溫檢測方法，可在有效期內(nèi)完整監(jiān)控待測物品或環(huán)境是否超過溫度限制，且成本低，適合大批量生產(chǎn)使用，給食品、藥品或試劑等的溫度監(jiān)控帶來了極大的便利。

1 檢測樣品是否低于-30～130 ℃的特定溫度

1.1 從20 ℃低于-30～0 ℃之間的某一特定溫度的檢測

選取裝填物甲為0%～22.8%的氯化鈣（w/v）水溶液，選取裝填物乙為無水硫酸銅粉末。在20℃的條件下，所述步驟二中內(nèi)層密閉容器容積的95%注入裝填物甲；在20 ℃的條件下，取0.2 g 裝填物乙注入外層密閉容器中。內(nèi)層密閉容器的容積為外層密閉容器容積的1/4，內(nèi)層玻璃容器在內(nèi)外氣壓差為2.0 atm 時發(fā)生破裂。

1.2 從70 ℃低于0～60 ℃之間的某一特定溫度的檢測

選取裝填物甲為3.5%二氧化硫的（w/v）水溶液和二氧化硫氣體，選取裝填物乙為含0.1%溴甲酚紫的甘油溶液（w/v）。在70 ℃的條件下，所述步驟二中內(nèi)層密閉容器容積的3%～57%注入裝填物甲，其余為1.8～2.0 atm的二氧化硫；在70 ℃的條件下，所述步驟三中外層密閉容器容積的10%注入裝填物乙，其余為1.6～2.0 atm 的空氣。內(nèi)層密閉容器的容積為外層密閉容器容積的1/4，內(nèi)層玻璃容器在內(nèi)外氣壓差為1.0 atm 時發(fā)生破裂。

1.3 從150 ℃低于60～130 ℃之間的某一特定溫度的檢測

選取裝填物甲為70.0%氯化鈣水溶液（w/v）、0.05 g銅粉和空氣，選取裝填物乙為二氧化氮和四氧化二氮混合氣體。在150 ℃的條件下，所述步驟二中內(nèi)層密閉容器的容積的60%注入裝填物甲，其余為2.0 atm 的空氣；在150 ℃的條件下，所述步驟三種外層密閉容器注入1.6～2.2 atm 的裝填物乙。內(nèi)層密閉容器的容積為外層密閉容器容積的1/4，內(nèi)層玻璃容器在內(nèi)外氣壓差為0.5 atm時發(fā)生破裂。

2 檢測樣品是否超過-30～130 ℃的特定溫度

2.1 從-40 ℃超過-30～25 ℃之間的某一特定溫度的檢測

選取裝填物甲為氨和乙醇的水溶液，其中氨含量為27.4%～80.9%（w/v，即溶質(zhì)質(zhì)量濃度，以下同），乙醇含量為17.5%～48.3%（v/v，即容積百分濃度，以下同），選取裝填物乙為1%酚酞的乙醇溶液（w/v）。在-40 ℃的條件下，所述步驟二中內(nèi)層密閉容器容積的5%注入裝填物甲；在-40 ℃的條件下，所述步驟三中外層密閉容器容積的10%注入裝填物乙。內(nèi)層密閉容器的容積為外層密閉容器容積的1/27，內(nèi)層玻璃容器在內(nèi)外氣壓差為2.0 atm 時發(fā)生破裂。

2.2 從0 ℃超過25～100 ℃之間的某一特定溫度的檢測

選取裝填物甲為水，選取裝填物乙為無水硫酸銅粉末。在0 ℃的條件下，向內(nèi)層密閉容器容積的5%注入水，其余為0.7～1.9 atm 的空氣；在0 ℃的條件下，所述步驟三中取0.2 g 無水硫酸銅粉末注入外層密閉容器中，其余為1.0 atm 的空氣。內(nèi)層密閉容器的容積為外層密閉容器容積的1/4，內(nèi)層玻璃容器在內(nèi)外氣壓差為1.0 atm 時發(fā)生破裂。

2.3 從80 ℃超過101～130 ℃之間的某一特定溫度的檢測

選取裝填物甲為含0.2%氯化鐵（w/v）和5.5%～48.4%的氯化鈣水（w/v）溶液，選取裝填物乙為含0.1%硫氰酸鉀（w/v）和70.0%氯化鈣（w/v）的水溶液。在80℃的條件下，內(nèi)層密閉容器容積的5%注入裝填物甲；在80℃的條件下，所外層密閉容器容積的10%注入裝填物乙。內(nèi)層密閉容器的容積為外層密閉容器容積的1/27，內(nèi)層玻璃容器在內(nèi)外氣壓差為2.0 atm 時發(fā)生破裂。

3 一次性過溫檢測方法的四個實施例

3.1 是否曾從20 ℃低于-30 ℃

裝填物甲為22.8%氯化鈣的水溶液，在20 ℃時灌裝，氯化鈣的水溶液需裝盛內(nèi)層密閉容器容積的95%；裝填物乙為無水硫酸銅粉末，在20 ℃時灌裝，無水硫酸銅為0.2 g。

該實施例的工作原理是-30 ℃時，內(nèi)層密閉容器內(nèi)的氯化鈣水溶液凝固，水結(jié)冰時容積膨脹，從而導(dǎo)致內(nèi)層密閉容器發(fā)生破裂，使白色的無水硫酸銅遇水變藍(lán)。

3.2 依次檢驗多個溫度

將裝填物甲、裝填物乙、裝填物丙和裝填物丁分別裝入相互嵌套的內(nèi)1、內(nèi)2、內(nèi)3 和外層密閉容器內(nèi)，其中內(nèi)1、內(nèi)2 和內(nèi)3 密閉容器須兩兩不接觸且與外層密閉容器相接觸，內(nèi)3 須放在最底部的位置，內(nèi)1 和內(nèi)2密閉容器的容積為外層密閉容器容積的1/27，內(nèi)3 密閉容器的容積為外層密閉容器容積的1/4，內(nèi)1、內(nèi)2 和內(nèi)3 密閉容器均在內(nèi)外氣壓差為1.0 atm 時發(fā)生破裂。

以下均在0 ℃時灌裝，裝填物甲為二甲胺，二甲胺需裝盛內(nèi)1 密閉容器容積的10%；裝填物乙為20%（v/v）乙酸的乙醛溶液，乙酸的乙醛溶液需裝盛內(nèi)2 密閉容器容積的50%；裝填物丙為過硼酸鈉，過硼酸鈉的堆容積占內(nèi)3 密閉容器容積的10%，裝填物丁為1%（w/v）石蕊的乙醇-水溶液（乙醇和水的容積比為3：7），1%石蕊的乙醇-水溶液需裝盛外層密閉容器容積的20%。

當(dāng)溫度超過10 ℃時，二甲胺沸騰，使內(nèi)1 密閉容器的內(nèi)外氣壓超過1.0atm 并發(fā)生破裂，使裝填物甲與裝填物丙發(fā)生混合，弱堿性的二甲胺使紫色石蕊變藍(lán)，而內(nèi)2，內(nèi)3 密閉容器不會發(fā)生破裂；當(dāng)溫度超過22 ℃時，乙酸乙醛溶液沸騰，使內(nèi)2 密閉容器的內(nèi)外氣壓超過1.0 atm 并發(fā)生破裂，使裝填物乙與外層密閉容器內(nèi)的混合液發(fā)生混合，量大且酸性強的乙酸使石蕊由藍(lán)變紅，而內(nèi)3 密閉容器不會發(fā)生破裂；當(dāng)溫度升高至40 ℃時，過硼酸鈉分解生成大量氧氣[5]，從而脹破內(nèi)3 密閉容器，使裝填物丙與外層密閉容器內(nèi)的混合液發(fā)生混合，尚未分解的強氧化劑過硼酸鈉將石蕊氧化，由紅色變成無色。

3.3 檢測是否曾超出溫度貯存范圍

將裝填物甲、裝填物乙和裝填物丙分別裝入相互嵌套的內(nèi)1、內(nèi)2 和外層密閉容器內(nèi)，內(nèi)1 和內(nèi)2 密閉容器須相分離且與外層密閉容器相接觸，內(nèi)1 密閉容器的容積為外層密閉容器容積的1/4，內(nèi)2 密閉容器的容積為外層密閉容器容積的1/27。

以下均在4 ℃時灌裝，裝填物甲為水，水需裝盛內(nèi)1密閉容器容積的98%；裝填物乙為二甲胺，二甲胺需裝盛內(nèi)2 密閉容器容積的10%；裝填物丙為0.5%（w/v）酚酞的無水乙醇溶液、無水硫酸銅，酚酞的無水乙醇溶液需裝盛外層密閉容器容積的20%，無水硫酸銅為0.05 g。

當(dāng)一直處于0～10 ℃的待測物品的溫度低于0 ℃時，水結(jié)冰并脹破內(nèi)1 密閉容器，使裝填物甲與裝填物丙發(fā)生混合，水使無水乙醇中的白色無水硫酸銅變藍(lán)，而內(nèi)2 密閉容器不會發(fā)生破裂。當(dāng)一直處于0～10 ℃的待測物品的溫度升高至10 ℃時，二甲胺達(dá)到沸點，使內(nèi)2 密閉容器的內(nèi)外氣壓超過1.0 atm 并發(fā)生破裂，使裝填物乙與裝填物丙發(fā)生混合，弱堿性的二甲胺使無色的酚酞變紅，而內(nèi)1 密閉容器不會發(fā)生破裂。當(dāng)一直處于0～10 ℃的待測物品的溫度即曾經(jīng)低于0 ℃又曾經(jīng)高于10 ℃時，內(nèi)1和內(nèi)2 密閉容器都會分別發(fā)生破裂，即可以看到無色的酚酞變紅，又可以看到白色的無水硫酸銅變藍(lán)。

3.4 手動觸發(fā)以開啟過溫檢測

將裝填物甲、裝填物乙和裝填物丙分別裝入相互嵌套的內(nèi)1、內(nèi)2 和外層密閉容器內(nèi)，內(nèi)1 嵌套于內(nèi)2 密閉容器內(nèi)且有觸發(fā)鐵針垂直處于內(nèi)1 密閉容器中，觸發(fā)鐵針有頓頭在整個密閉容器之外。內(nèi)1 密閉容器的容積為外層密閉容器容積的1/27，內(nèi)2 密閉容器的容積為外層密閉容器容積的1/8。

以下均在4 ℃時灌裝，裝填物甲為33%的二甲胺水溶液，水需裝盛內(nèi)1 密閉容器容積的40%；裝填物乙為氯化鈉粉末，氯化鈉粉末需裝盛內(nèi)2 密閉容器容積的5%；裝填物丙為0.5%（w/v）酚酞的無水乙醇溶液，酚酞的無水乙醇溶液需裝盛外層密閉容器容積的20%。

在按下手動觸發(fā)鐵針捅破內(nèi)1 密閉容器之前，該一次性過溫檢測裝置可以在-10～40 ℃保存而不會發(fā)生顏色變化。按下手動觸發(fā)鐵針捅破內(nèi)1 密閉容器之后，內(nèi)1 密閉容器內(nèi)的二甲胺水溶液與氯化鈉粉末混合，氯化鈉溶解導(dǎo)致部分二甲胺析出。當(dāng)溫度高于10 ℃時，二甲胺開始沸騰，使內(nèi)2 密閉容器的內(nèi)外氣壓差超過1.0 atm并發(fā)生破裂，外層密閉容器內(nèi)酚酞的無水乙醇溶液遇二甲胺變紅。

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