Przechowywanie leków i szczepionek w aptece, monitoring temperatury cz. 1

Jacek Rylski, Andrzej Łobzowski, Wojciech Szkolnikowski
LAB-EL Elektronika Laboratoryjna S.J.

Artykuł publikowany w piśmie POMIAR nr 6/2009

W ostatnim okresie daje się zauważyć znaczący wzrost zainteresowania aptek oraz hurtowni farmaceutycznych monitoringiem temperatury i innych parametrów mikroklimatu w pomieszczeniach przechowywania leków i szczepionek. Akredytowane Laboratorium LAB-EL (AP 067) realizuje wzorcowania wszelkiego rodzaju urządzeń chłodniczych  np. lodówki, chłodziarki, zamrażarki. Po wystawieniu świadectw wzorcowania Laboratorium spotyka się z pytaniami, a nawet pretensjami użytkowników, dlaczego urządzenia te wykazują często spore wahania temperaturyW celu przybliżenia tego zjawiska, które jest skutkiem powszechnie stosowanej regulacji dwustawnej (włącz/wyłącz), proponujemy trzyczęściowy artykuł poświecony przybliżeniu zjawisk występujących w procesie regulacji temperatury w wymienionych urządzeniach. Trochę teorii:

Dla przypadku idealnego – w strukturze pokazanej na rysunku odpowiedź skokowa obiektu ma zwykle przebieg pokazany krzywą 1 i charakteryzuje się opóźnieniem T₀ , stałą czasową inercji T oraz wzmocnieniem k_ob. Jeśli założyć na początku, że dla stanu wyłączenia regulatora odpowiedź skokowa obiektu jest odbiciem lustrzanym (krzywa 2), to przebiegi sygnałów w układzie regulacji są takie, jak zostało pokazane na rysunku. Po zmianie wartości zadanej, przed osiągnięciem po raz pierwszy zerowej wartości uchybu, obserwuje się długotrwałe załączenie sterowania, po czym osiąga się stan niegasnących oscylacji wokół wartości zadanej. Po przeprowadzeniu analizy przedstawionych przebiegów i wpływu na ich kształt właściwości obiektu oraz regulatora, łatwo można znaleźć potwierdzenie m.in. następujących wniosków:

• regulacja jest możliwa tylko w zakresie wartości  0 < y < k_obU_m;
• na amplitudę oscylacji mają wpływ parametry dynamiki obiektu (T₀, T, k_ob.) i strefa niejednoznaczności (histerezy) H regulatora; wraz z jej zwiększeniem rośnie amplituda oscylacji i maleje częstość interwencji regulatora;
• jakość regulacji może być często niezadowalająca, można ją wyrazić amplitudą oscylacji Dy = (y_G - y_D)/2 i odchyleniem wartości średniej od wartości zadanej y₀;
• równość y_śr = y₀ zachodzi wówczas, gdy y₀ = y_m/2.

Przechowywanie leków w aptece

A teraz ruszamy do apteki.
Sezon grypowy w pełni, a więc nasza apteka na kryzys się nie uskarża, kaszlący i kichający klienci czyszczą zapasy farmaceutyków w tempie ekspresowym. Przydałby się większy ich zapas, zatem dla lekarstw i szczepionek wymagających przechowywania w temperaturze 2 - 8°C kupiliśmy nową szafę chłodniczą, renomowanej firmy, a co! Do tego chiński termometr sprężynowy, który powiesiliśmy w środku i który po kilku próbach z pokrętłem termostatu stanął na 5-ciu stopniach Celsjusza i ani drgnie. Świetnie, możemy zamówić więcej lekarstw, już mamy zapewnione miejsce na przechowywanie ich w odpowiednich warunkach! Niestety, nasz dobry nastrój trwa do momentu wizyty Nadzoru Farmaceutycznego w osobie Groźnej Pani Z Termometrem (zapewne wzorcowanym). Groźna Pani, wetknąwszy swój instrument do naszej nowej superchłodziarki stwierdza ku naszemu osłupieniu, że nie trzyma ona założonych parametrów.

Monitoring temperatury leków i szczepionek

Jak to, nasza renomowanej firmy lodówka i równie renomowany dalekowschodni termometr do tej pory nas oszukiwały? Jak to możliwe? Spisek? Ano możliwe, gdyż w naszej pięknej lodówce grasują dwa żywioły: Amplituda i Gradient. Ten pierwszy szaleje na skutek zastosowania mechanicznego termostatu, o bardzo dużej histerezie wynikającej działania prostego bimetalicznego regulatora temperatury. Dokładając do tego bezwładność termiczną elementów agregatu chłodniczego, otrzymujemy na wykresie z monitoringu temperatury w komorze chłodziarki przebieg jak na wykresie 1:
Widzimy na nim, że temperatura w komorze chłodziarki z lekami i szczepionkami waha się od 3 do niemal 8°C. W czym problem, mógłby ktoś zapytać, wszak amplituda mieści się w założonym zakresie 2 - 8°C? To prawda, ale tylko dla danego punktu w przestrzeni komory – w naszym przykładzie monitoringu temperatury leków i szczepionek, jest to punkt położony na środkowej półce chłodziarki

Wykres 1:

Wykres 2:

I tu wkracza na scenę drugi żywioł – gradient pionowy. Otóż w urządzeniach bez wymuszonego obiegu (a mało która chłodziarka do przechowywania leków i szczepionek takowy posiada) przepływ powietrza jest grawitacyjny. Wszyscy pamiętamy z lekcji fizyki doświadczenie z dwiema świeczkami, w wyniku którego można było stwierdzić, że ciepłe powietrze unosi się do góry, a zimne zalega na dole pomieszczenia. Takie samo zjawisko można zaobserwować w komorze chłodziarki – na górnych półkach jest wyraźnie cieplej niż na dolnych. W skrajnych przypadkach różnica ta dochodzi do kilku stopni Celsjusza. Pełny obraz przebiegu temperatury w naszej chłodziarce przedstawia wykres 2. Możemy na nim zaobserwować, że temperatura na górnej półce momentami przekracza nasze założone 8°C, a na dolnej spada poniżej założonych 2°C. W każdym cyklu (trwającym ok. półtorej godziny) jest to okres co najmniej kilkunastu minut, kiedy temperatura w jednym z punktów wykracza poza założony zakres. A zgodnie z jednym z praw Murphy’ego, wtedy właśnie Groźna Pani Z Termometrem dokona owego dyskwalifikującego pomiaru.

Co zatem należy uczynić i jak walczyć z tymi żywiołami, przedstawimy Państwu w drugiej części artykułu.