Centrum excelentnosti pre ochranné vybavenie a materiály (CEPEM), 1280 Main St. W., Hamilton, ON, Kanada
Pomocou nižšie uvedeného odkazu môžete zdieľať plnú textovú verziu tohto článku so svojimi priateľmi a kolegami.uč sa viac.
Agentúry verejného zdravia odporúčajú, aby komunity používali masky na zníženie šírenia chorôb prenášaných vzduchom, ako je COVID-19.Keď maska funguje ako vysokoúčinný filter, šírenie vírusu sa zníži, preto je dôležité vyhodnotiť účinnosť filtrácie častíc (PFE) masky.Vysoké náklady a dlhé dodacie lehoty spojené s nákupom PFE systému na kľúč alebo prenájmom akreditovaného laboratória však bránia testovaniu filtračných materiálov.Jednoznačne je potrebný „prispôsobený“ testovací systém PFE;avšak rôzne normy, ktoré predpisujú testovanie PFE (lekárskych) masiek (napríklad ASTM International, NIOSH), sa značne líšia v jasnosti svojich protokolov a smerníc.Tu je opísaný vývoj „interného“ systému PFE a metódy testovania masiek v kontexte súčasných štandardov lekárskych masiek.Podľa medzinárodných noriem ASTM systém používa aerosóly z latexových guľôčok (nominálna veľkosť 0,1 µm) a na meranie koncentrácie častíc pred a za materiálom masky používa laserový analyzátor častíc.Vykonajte merania PFE na rôznych bežných látkach a lekárskych maskách.Metóda opísaná v tejto práci spĺňa súčasné štandardy testovania PFE a zároveň poskytuje flexibilitu na prispôsobenie sa meniacim sa potrebám a podmienkam filtrovania.
Úrady verejného zdravotníctva odporúčajú, aby všeobecná populácia nosila masky na obmedzenie šírenia COVID-19 a iných kvapôčkových a aerosólových chorôb.[1] Požiadavka nosiť masky je účinná pri znižovaní prenosu a [2] naznačuje, že netestované komunitné masky poskytujú užitočné filtrovanie.Modelové štúdie v skutočnosti ukázali, že zníženie prenosu COVID-19 je takmer úmerné kombinovanému produktu účinnosti masky a miery prijatia a tieto a ďalšie opatrenia založené na populácii majú synergický účinok pri znižovaní počtu hospitalizácií a úmrtí.[3]
Počet certifikovaných lekárskych masiek a respirátorov, ktoré vyžadujú zdravotnícki pracovníci a iní pracovníci v prvej línii, sa dramaticky zvýšil, čo predstavuje výzvy pre existujúce výrobné a dodávateľské reťazce a nových výrobcov núti rýchlo testovať a certifikovať nové materiály.Organizácie ako ASTM International a National Institute of Occupational Safety and Health (NIOSH) vyvinuli štandardizované metódy testovania lekárskych masiek;podrobnosti týchto metód sa však značne líšia a každá organizácia si stanovila svoje vlastné výkonnostné štandardy.
Účinnosť filtrácie častíc (PFE) je najdôležitejšou charakteristikou masky, pretože súvisí s jej schopnosťou filtrovať malé častice, ako sú aerosóly.Lekárske masky musia spĺňať špecifické ciele PFE[4-6], aby mohli byť certifikované regulačnými agentúrami, ako sú ASTM International alebo NIOSH.Chirurgické masky sú certifikované ASTM a respirátory N95 sú certifikované NIOSH, ale obe masky musia spĺňať špecifické hraničné hodnoty PFE.Napríklad masky N95 musia dosiahnuť 95 % filtráciu pre aerosóly zložené z častíc soli s priemerným priemerom 0,075 µm, zatiaľ čo chirurgické masky ASTM 2100 L3 musia dosiahnuť 98 % filtráciu pre aerosóly zložené z latexových guľôčok s priemerným priemerom 0,1 µm Filter. .
Prvé dve možnosti sú drahé (> 1 000 USD za testovaciu vzorku, odhaduje sa na > 150 000 USD za špecifikované zariadenie) a počas pandémie COVID-19 dochádza k oneskoreniam v dôsledku dlhých dodacích lehôt a problémov s dodávkami.Vysoké náklady na testovanie PFE a obmedzené prístupové práva – v kombinácii s nedostatkom koherentných usmernení o štandardizovaných hodnoteniach výkonu – viedli výskumníkov k používaniu rôznych prispôsobených testovacích systémov, ktoré sú často založené na jednej alebo viacerých normách pre certifikované lekárske masky.
Špeciálne zariadenie na testovanie materiálu masky, ktoré sa nachádza v existujúcej literatúre, je zvyčajne podobné vyššie uvedeným normám NIOSH alebo ASTM F2100/F2299.Výskumníci však majú možnosť zvoliť si alebo zmeniť dizajn či prevádzkové parametre podľa svojich preferencií.Použili sa napríklad zmeny v povrchovej rýchlosti vzorky, prietoku vzduchu/aerosólu, veľkosti vzorky (plochy) a zložení aerosólových častíc.Mnohé nedávne štúdie použili prispôsobené vybavenie na hodnotenie materiálov masiek.Tieto zariadenia používajú aerosóly chloridu sodného a sú blízke štandardom NIOSH.Napríklad Rogak a kol.(2020), Zangmeister a kol.(2020), Drunic a kol.(2020) a Joo a kol.(2021) Všetky skonštruované zariadenia budú produkovať aerosól chloridu sodného (rôzne veľkosti), ktorý je neutralizovaný elektrickým nábojom, zriedený filtrovaným vzduchom a odoslaný do vzorky materiálu, kde je optický merač častíc, kondenzované častice rôznej kombinácie merania koncentrácie častíc [9, 14-16] Konda a kol.(2020) a Hao a kol.(2020) Podobné zariadenie bolo postavené, ale neutralizátor náboja nebol súčasťou dodávky.[8, 17] V týchto štúdiách sa rýchlosť vzduchu vo vzorke pohybovala medzi 1 a 90 l min-1 (niekedy kvôli detekcii účinkov prúdenia/rýchlosti);povrchová rýchlosť však bola medzi 5,3 a 25 cm s-1.Zdá sa, že veľkosť vzorky kolíše medzi ≈3,4 a 59 cm2.
Naopak, existuje len málo štúdií o hodnotení materiálov masiek prostredníctvom zariadenia využívajúceho latexový aerosól, ktorý je blízky štandardu ASTM F2100/F2299.Napríklad Bagheri a kol.(2021), Shakya a kol.(2016) a Lu a kol.(2020) Skonštruoval zariadenie na výrobu polystyrénového latexového aerosólu, ktorý sa zriedil a odoslal do vzoriek materiálu, kde sa na meranie koncentrácie častíc použili rôzne analyzátory častíc alebo analyzátory veľkosti častíc skenovania mobility.[18-20] A Lu a kol.Za ich generátorom aerosólov bol použitý neutralizátor náboja a autori ďalších dvoch štúdií to neurobili.Rýchlosť prietoku vzduchu vo vzorke sa tiež mierne zmenila – ale v medziach normy F2299 – z ≈7,3 na 19 l min-1.Povrchová rýchlosť vzduchu, ktorú študovali Bagheri et al.je 2 a 10 cm s–1 (v rámci štandardného rozsahu).A Lu a kol., a Shakya a kol.[18-20] Okrem toho autor a Shakya et al.testovali latexové guľôčky rôznych veľkostí (tj celkovo 20 nm až 2500 nm).A Lu a spol.Aspoň v niektorých testoch používajú špecifikovanú veľkosť častíc 100 nm (0,1 µm).
V tejto práci popisujeme výzvy, ktorým čelíme pri vytváraní zariadenia PFE, ktoré čo najviac vyhovuje existujúcim normám ASTM F2100/F2299.Medzi hlavné populárne štandardy (tj NIOSH a ASTM F2100/F2299) štandard ASTM poskytuje väčšiu flexibilitu parametrov (ako je prietok vzduchu) na štúdium filtračného výkonu, ktorý môže ovplyvniť PFE v nelekárskych maskách.Ako sme však ukázali, táto flexibilita poskytuje ďalšiu úroveň zložitosti pri navrhovaní takýchto zariadení.
Chemikálie boli zakúpené od Sigma-Aldrich a použité ako také.Monomér styrénu (≥99 %) sa čistí cez sklenenú kolónu obsahujúcu odstraňovač inhibítora oxidu hlinitého, ktorý je určený na odstránenie terc-butylkatecholu.Deionizovaná voda (≈0,037 µS cm–1) pochádza zo systému čistenia vody Sartorius Arium.
100% bavlna v plátnovej väzbe (Muslin CT) s nominálnou hmotnosťou 147 gm-2 pochádza od Veratex Lining Ltd., QC a zmes bambus/spandex pochádza od D. Zinman Textiles, QC.Ďalšie kandidátske materiály na masky pochádzajú od miestnych predajcov látok (Fabricland).Tieto materiály zahŕňajú dve rôzne tkané látky zo 100 % bavlny (s rôznymi potlačami), jednu pleteninu bavlna/spandex, dve pletené látky bavlna/polyester (jedna „univerzálna“ a jedna „svetrová látka“) a netkanú zmes bavlny/polypropylénu bavlnený výplňový materiál.Tabuľka 1 ukazuje súhrn známych vlastností tkaniny.S cieľom porovnať nové vybavenie boli získané certifikované lekárske masky z miestnych nemocníc vrátane lekárskych masiek certifikovaných podľa ASTM 2100 úrovne 2 (L2) a úrovne 3 (L3; Halyard) a respirátorov N95 (3M).
Z každého testovaného materiálu bola vyrezaná kruhová vzorka s priemerom približne 85 mm;neboli vykonané žiadne ďalšie úpravy materiálu (napríklad pranie).Na testovanie upnite látkovú slučku do držiaka vzorky zariadenia PFE.Skutočný priemer vzorky v kontakte s prúdom vzduchu je 73 mm a zvyšné materiály sa používajú na tesné upevnenie vzorky.V prípade zostavenej masky je strana, ktorá sa dotýka tváre, vzdialená od aerosólu dodávaného materiálu.
Syntéza monodisperzných aniónových polystyrénových latexových guľôčok emulznou polymerizáciou.Podľa postupu opísaného v predchádzajúcej štúdii sa reakcia uskutočnila v polodávkovom režime hladovania monomérov.[21, 22] Pridajte deionizovanú vodu (160 ml) do 250 ml trojhrdlovej banky s guľatým dnom a vložte ju do miešaného olejového kúpeľa.Banka sa potom prepláchla dusíkom a do vyčistenej a miešanej banky sa pridal styrénový monomér bez inhibítorov (2,1 ml).Po 10 minútach pri 70 °C sa pridá laurylsulfát sodný (0,235 g) rozpustený v deionizovanej vode (8 ml).Po ďalších 5 minútach sa pridal persíran draselný (0,5 g) rozpustený v deionizovanej vode (2 ml).Počas nasledujúcich 5 hodín použite injekčnú pumpu na pomalé vstreknutie ďalšieho styrénu bez inhibítorov (20 ml) do banky rýchlosťou 66 µl min-1.Po ukončení infúzie styrénu reakcia prebiehala ďalších 17 hodín.Potom sa banka otvorila a ochladila na ukončenie polymerizácie.Syntetizovaná polystyrénová latexová emulzia sa dialyzovala proti deionizovanej vode v dialyzačnej skúmavke SnakeSkin (medzná hodnota molekulovej hmotnosti 3500 Da) počas piatich dní a deionizovaná voda sa vymieňala každý deň.Odstráňte emulziu z dialyzačnej skúmavky a uchovávajte ju v chladničke pri teplote 4 °C až do použitia.
Dynamický rozptyl svetla (DLS) sa uskutočnil pomocou analyzátora Brookhaven 90Plus, vlnová dĺžka lasera bola 659 nm a uhol detektora bol 90°.Na analýzu údajov použite vstavaný softvér na riešenie častíc (v2.6; Brookhaven Instruments Corporation).Latexová suspenzia sa riedi deionizovanou vodou, kým počet častíc nie je približne 500 tisíc impulzov za sekundu (kcps).Veľkosť častíc bola stanovená na 125 ± 3 nm a uvedená polydisperzita bola 0,289 ± 0,006.
Na získanie nameranej hodnoty zeta potenciálu v režime fázovej analýzy rozptylu svetla sa použil analyzátor zeta potenciálu ZetaPlus (Brookhaven Instruments Corp.).Vzorka sa pripravila pridaním alikvotnej časti latexu do 5 x 10-3 m roztoku NaCl a opätovným zriedením latexovej suspenzie, aby sa dosiahol počet častíc približne 500 kcps.Uskutočnilo sa päť opakovaných meraní (každé pozostávalo z 30 cyklov), čo viedlo k hodnote zeta potenciálu -55,1 ± 2,8 mV, kde chyba predstavuje štandardnú odchýlku priemernej hodnoty piatich opakovaní.Tieto merania naznačujú, že častice sú negatívne nabité a tvoria stabilnú suspenziu.Údaje o potenciáli DLS a zeta možno nájsť v podporných informačných tabuľkách S2 a S3.
Zariadenie sme postavili v súlade s medzinárodnými normami ASTM, ako je opísané nižšie a znázornené na obrázku 1. Jednoprúdový generátor aerosólov Blaustein atomization module (BLAM; CHTech) sa používa na výrobu aerosólov obsahujúcich latexové guľôčky.Prúd filtrovaného vzduchu (získaný prostredníctvom sériových filtrov GE Healthcare Whatman 0,3 µm HEPA-CAP a 0,2 µm POLYCAP TF) vstupuje do generátora aerosólu pri tlaku 20 psi (6,9 kPa) a rozprašuje časť 5 mg L-1 suspenzia Kvapalina sa vstrekuje do latexovej gule zariadenia pomocou injekčnej pumpy (KD Scientific Model 100).Aerosólizované vlhké častice sa sušia prechodom prúdu vzduchu opúšťajúceho generátor aerosólu cez rúrkový výmenník tepla.Výmenník tepla pozostáva z 5/8” rúrky z nehrdzavejúcej ocele navinutej na 8 stôp dlhou vykurovacou špirálou.Výkon je 216 W (BriskHeat).Výkon ohrievača je podľa jeho nastaviteľného voliča nastavený na 40 % maximálnej hodnoty zariadenia (≈86 W);to vytvára priemernú teplotu vonkajšej steny 112 °C (štandardná odchýlka ≈1 °C), ktorá je určená meraním na povrchu namontovaným termočlánkom (Taylor USA).Obrázok S4 v podporných informáciách sumarizuje výkon ohrievača.
Vysušené atomizované častice sa potom zmiešajú s väčším objemom filtrovaného vzduchu, aby sa dosiahol celkový prietok vzduchu 28,3 l min-1 (to znamená 1 kubická stopa za minútu).Táto hodnota bola zvolená, pretože ide o presnú prietokovú rýchlosť prístroja laserového analyzátora častíc za systémom.Prúd vzduchu nesúci latexové častice sa posiela do jednej z dvoch identických vertikálnych komôr (tj rúrok z nehrdzavejúcej ocele s hladkými stenami): „kontrolná“ komora bez materiálu masky alebo kruhovo rezaná komora na „vzorku“ – odnímateľná držiak vzorky je vložená mimo látky.Vnútorný priemer dvoch komôr je 73 mm, čo zodpovedá vnútornému priemeru držiaka vzorky.Držiak vzorky používa drážkované krúžky a zapustené skrutky na tesné utesnenie materiálu masky a potom vložte odnímateľnú konzolu do medzery v komore na vzorku a pevne ju utesnite v zariadení pomocou gumových tesnení a svoriek (obrázok S2, informácie o podpore).
Priemer vzorky látky v kontakte s prúdom vzduchu je 73 mm (plocha = 41,9 cm2);počas testu je utesnený vo vzorkovej komore.Prúd vzduchu opúšťajúci „kontrolnú“ alebo „vzorkovú“ komoru sa prenáša do laserového analyzátora častíc (systém na meranie častíc LASAIR III 110) na meranie počtu a koncentrácie latexových častíc.Analyzátor častíc špecifikuje dolnú a hornú hranicu koncentrácie častíc 2 × 10-4 a ≈ 34 častíc na kubickú stopu (7 a ≈ 950 000 častíc na kubickú stopu).Na meranie koncentrácie latexových častíc sa koncentrácia častíc uvádza v „rámčeku“ so spodným limitom a horným limitom 0,10 – 0,15 µm, čo zodpovedá približnej veľkosti singletových latexových častíc v aerosóle.Môžu sa však použiť aj iné veľkosti zásobníkov a súčasne je možné vyhodnotiť viacero zásobníkov s maximálnou veľkosťou častíc 5 um.
Súčasťou vybavenia sú aj ďalšie zariadenia, ako je zariadenie na preplachovanie komory a analyzátora častíc čistým filtrovaným vzduchom, ako aj potrebné ventily a nástroje (obrázok 1).Kompletné schémy potrubí a prístrojového vybavenia sú zobrazené na obrázku S1 a tabuľke S1 v podporných informáciách.
Počas experimentu sa latexová suspenzia vstrekovala do generátora aerosólu pri prietoku ≈60 až 100 µL min-1, aby sa udržal stabilný výstup častíc, približne 14-25 častíc na centimeter kubický (400 000 na centimeter kubický) 700 000 častíc).Nohy) v nádobe s veľkosťou 0,10–0,15 µm.Tento rozsah prietokovej rýchlosti je potrebný kvôli pozorovaným zmenám v koncentrácii latexových častíc za generátorom aerosólu, ktoré možno pripísať zmenám v množstve latexovej suspenzie zachytenej zachytávačom kvapaliny generátora aerosólu.
Na meranie PFE danej vzorky tkaniny sa aerosól latexových častíc najprv prenesie cez kontrolnú miestnosť a potom sa nasmeruje do analyzátora častíc.Nepretržite merajte koncentráciu troch častíc v rýchlom slede, pričom každá trvá jednu minútu.Analyzátor častíc hlási priemernú časovú koncentráciu častíc počas analýzy, to znamená priemernú koncentráciu častíc za jednu minútu (28,3 l) vzorky.Po vykonaní týchto základných meraní na stanovenie stabilného počtu častíc a prietoku plynu sa aerosól prenesie do komory na vzorku.Keď systém dosiahne rovnováhu (zvyčajne 60-90 sekúnd), vykonajú sa ďalšie tri po sebe idúce jednominútové merania v rýchlom slede.Tieto merania vzoriek predstavujú koncentráciu častíc prechádzajúcich vzorkou tkaniny.Následne rozdelením prúdu aerosólu späť do riadiacej miestnosti boli z riadiacej miestnosti uskutočnené ďalšie tri merania koncentrácie častíc, aby sa overilo, či sa koncentrácia častíc pred prúdom podstatne nezmenila počas celého procesu hodnotenia vzorky.Keďže konštrukcia týchto dvoch komôr je rovnaká – okrem toho, že do komory na vzorku je možné umiestniť držiak vzorky – podmienky prúdenia v komore možno považovať za rovnaké, takže koncentrácia častíc v plyne opúšťajúcom kontrolnú komoru a komoru na vzorku možno porovnávať.
Aby sa zachovala životnosť prístroja na analýzu častíc a odstránili sa aerosólové častice zo systému medzi každým testom, použite na čistenie analyzátora častíc po každom meraní prúd vzduchu s filtrom HEPA a pred výmenou vzoriek vyčistite komoru na vzorku.Schematický diagram systému preplachovania vzduchom na zariadení PFE nájdete na obrázku S1 v podporných informáciách.
Tento výpočet predstavuje jediné „opakované“ meranie PFE pre jednu vzorku materiálu a je ekvivalentom výpočtu PFE v ASTM F2299 (rovnica (2)).
Materiály uvedené v § 2.1 boli vystavené latexovým aerosólom pomocou zariadenia PFE opísaného v § 2.3, aby sa určila ich vhodnosť ako materiály masiek.Obrázok 2 ukazuje hodnoty získané z analyzátora koncentrácie častíc a súčasne sa merajú hodnoty PFE svetrov a výplňových materiálov.Boli uskutočnené tri analýzy vzoriek celkovo pre dva materiály a šesť opakovaní.Je zrejmé, že prvé odčítanie zo sady troch odčítaní (vytieňované svetlejšou farbou) sa zvyčajne líši od ostatných dvoch odčítaní.Napríklad prvé čítanie sa líši od priemeru ostatných dvoch meraní v 12-15 trojiciach na obrázku 2 o viac ako 5%.Toto pozorovanie súvisí s rovnováhou vzduchu s obsahom aerosólu prúdiaceho cez analyzátor častíc.Ako je uvedené v časti Materiály a metódy, na výpočet PFE v tmavomodrých a červených odtieňoch na obrázku 2 sa použili rovnovážne hodnoty (druhá a tretia kontrola a hodnoty vzorky).Celkovo je priemerná hodnota PFE troch opakovaní 78 % ± 2 % pre svetrovú tkaninu a 74 % ± 2 % pre bavlnený vatelínový materiál.
Na porovnanie výkonu systému boli hodnotené aj lekárske masky s certifikátom ASTM 2100 (L2, L3) a respirátory NIOSH (N95).Norma ASTM F2100 stanovuje účinnosť filtrácie submikrónových častíc 0,1 µm častíc masky úrovne 2 a úrovne 3 na ≥ 95 % a ≥ 98 %.[5] Podobne respirátory N95 s certifikáciou NIOSH musia vykazovať účinnosť filtrácie ≥ 95 % pre atomizované nanočastice NaCl s priemerným priemerom 0,075 µm.[24] Rengasamy a kol.Podľa správ podobné masky N95 vykazujú hodnotu PFE 99,84 % – 99,98 %, [25] Zangmeister et al.Podľa správ ich N95 produkuje minimálnu filtračnú účinnosť vyššiu ako 99,9 %, [14] zatiaľ čo Joo a kol.Podľa správ masky 3M N95 produkovali 99 % PFE (300 nm častice), [16] a Hao et al.Uvádzaný N95 PFE (300 nm častice) je 94,4 %.[17] Pre dve masky N95 napadnuté Shakya et al.s 0,1 µm latexovými guličkami PFE klesol zhruba medzi 80 % a 100 %.[19] Keď Lu a spol.Pri použití latexových guličiek rovnakej veľkosti na vyhodnotenie masiek N95 sa uvádza priemerná hodnota PFE 93,8 %.[20] Výsledky získané pomocou zariadenia opísaného v tejto práci ukazujú, že PFE masky N95 je 99,2 ± 0,1 %, čo je v dobrej zhode s väčšinou predchádzajúcich štúdií.
V niekoľkých štúdiách boli testované aj chirurgické masky.Chirurgické masky Hao et al.vykazovali PFE (300 nm častice) 73,4 %, [17] zatiaľ čo tri chirurgické masky testované Drewnickom a kol.Produkovaný PFE sa pohybuje od približne 60 % do takmer 100 %.[15] (Posledná maska môže byť certifikovaným modelom.) Avšak Zangmeister et al.Podľa správ je minimálna filtračná účinnosť dvoch testovaných chirurgických masiek len o niečo vyššia ako 30 %, [14] oveľa nižšia ako u chirurgických masiek testovaných v tejto štúdii.Podobne „modrá chirurgická maska“, ktorú testovali Joo et al.Dokážte, že PFE (300 nm častice) je len 22 %.[16] Shakya a kol.uviedli, že PFE chirurgických masiek (s použitím 0,1 µm latexových častíc) sa znížilo zhruba o 60-80 %.[19] Pri použití latexových guličiek rovnakej veľkosti poskytla chirurgická maska Lu a spol. priemerný výsledok PFE 80,2 %.[20] Na porovnanie, PFE našej masky L2 je 94,2 ± 0,6 % a PFE masky L3 je 94,9 ± 0,3 %.Hoci tieto PFE prevyšujú mnohé PFE v literatúre, musíme poznamenať, že v predchádzajúcom výskume nie je spomenutá takmer žiadna úroveň certifikácie a naše chirurgické masky získali certifikáciu úrovne 2 a úrovne 3.
Rovnakým spôsobom, ako boli analyzované kandidátske materiály masky na obrázku 2, boli vykonané tri testy na ďalších šiestich materiáloch, aby sa určila ich vhodnosť v maske a demonštrovala sa činnosť zariadenia PFE.Obrázok 3 zobrazuje hodnoty PFE všetkých testovaných materiálov a porovnáva ich s hodnotami PFE získanými vyhodnotením certifikovaných materiálov masky L3 a N95.Z 11 masiek/kandidátskych materiálov na masky vybraných pre túto prácu je možné jasne vidieť široký rozsah výkonu PFE, ktorý sa pohybuje od ≈10 % do takmer 100 %, v súlade s inými štúdiami [8, 9, 15] a priemyselnými deskriptormi. Medzi PFE a PFE neexistuje jasný vzťah.Napríklad materiály s podobným zložením (dve vzorky 100 % bavlny a bavlnený mušelín) vykazujú veľmi odlišné hodnoty PFE (14 %, 54 % a 13 %).Je však nevyhnutné, aby nízky výkon (napríklad 100 % bavlna A; PFE ≈ 14 %), stredný výkon (napríklad zmes 70 %/30 % bavlna/polyester; PFE ≈ 49 %) a vysoký výkon (napr. svetrová tkanina; PFE ≈ 78 %) Tkaninu možno jasne identifikovať pomocou zariadenia PFE opísaného v tejto práci.Veľmi dobre si viedli najmä svetre a bavlnené vatelínové materiály, pričom PFE sa pohybovali od 70 % do 80 %.Takéto vysokovýkonné materiály možno identifikovať a analyzovať podrobnejšie, aby sme pochopili charakteristiky, ktoré prispievajú k ich vysokému filtračnému výkonu.Chceme však pripomenúť, že pretože výsledky PFE materiálov s podobnými priemyselnými popismi (tj bavlnené materiály) sú veľmi odlišné, tieto údaje nenaznačujú, ktoré materiály sú široko použiteľné pre látkové masky, a nemáme v úmysle odvodzovať vlastnosti- materiálových kategórií.Výkonnostný vzťah.Uvádzame konkrétne príklady na demonštráciu kalibrácie, ukazujeme, že meranie pokrýva celý rozsah možnej účinnosti filtrácie a uvádzame veľkosť chyby merania.
Získali sme tieto výsledky PFE, aby sme dokázali, že naše zariadenie má široký rozsah meracích možností, nízku chybu a porovnáva ich s údajmi získanými v literatúre.Napríklad Zangmeister a kol.Uvádzajú sa výsledky PFE pre niekoľko tkaných bavlnených látok (napr. „Bavlna 1-11″) (89 až 812 nití na palec).V 9 z 11 materiálov sa „minimálna filtračná účinnosť“ pohybuje od 0 % do 25 %;PFE ostatných dvoch materiálov je asi 32 %.[14] Podobne Konda a kol.Uvádzajú sa údaje PFE pre dve bavlnené tkaniny (80 a 600 TPI; 153 a 152 gm-2).PFE sa pohybuje od 7 % do 36 % a 65 % až 85 %.V štúdii Drewnicka a kol. v jednovrstvových bavlnených tkaninách (tj bavlna, bavlnený úplet, moleton; 139–265 TPI; 80–140 gm–2) je rozsah materiálu PFE okolo 10 % až 30 %.V štúdii Joo a kol., ich 100% bavlnený materiál má PFE 8% (300 nm častice).Bagheri a kol.použité polystyrénové latexové častice s veľkosťou 0,3 až 0,5 µm.Bol meraný PFE šiestich bavlnených materiálov (120-200 TPI; 136-237 gm-2) v rozsahu od 0 % do 20 %.[18] Preto je väčšina týchto materiálov v dobrej zhode s výsledkami PFE našich troch bavlnených tkanín (tj Veratex Muslin CT, Fabric Store Cottons A a B) a ich priemerná filtračná účinnosť je 13 %, 14 %, resp.54 %.Tieto výsledky naznačujú, že medzi bavlnenými materiálmi sú veľké rozdiely a že vlastnosti materiálov, ktoré vedú k vysokej PFE (tj bavlna Konda et al. 600 TPI; naša bavlna B), nie sú dostatočne pochopené.
Pri týchto porovnaniach pripúšťame, že je ťažké nájsť materiály testované v literatúre, ktoré by mali rovnaké vlastnosti (tj materiálové zloženie, tkanie a pletenie, TPI, hmotnosť atď.) ako materiály testované v tejto štúdii a preto nemožno priamo porovnávať.Okrem toho rozdiely v nástrojoch použitých autormi a chýbajúca štandardizácia sťažujú dobré porovnania.Napriek tomu je jasné, že vzťah medzi úžitkovými vlastnosťami a vlastnosťami bežných tkanín nie je dobre pochopený.Materiály budú ďalej testované so štandardizovaným, flexibilným a spoľahlivým zariadením (ako je zariadenie opísané v tejto práci), aby sa určili tieto vzťahy.
Hoci existuje celková štatistická chyba (0 – 5 %) medzi jedným opakovaním (0 – 4 %) a vzorkami analyzovanými v troch vyhotoveniach, zariadenie navrhnuté v tejto práci sa ukázalo ako účinný nástroj na testovanie PFE rôznych materiálov.Bežné látky až po certifikovateľné lekárske masky.Stojí za zmienku, že medzi 11 materiálmi testovanými na obrázku 3 chyba šírenia σprop presahuje štandardnú odchýlku medzi meraniami PFE jednej vzorky, to znamená σsd 9 z 11 materiálov;tieto dve výnimky sa vyskytujú pri veľmi vysokej hodnote PFE (tj maska L2 a L3).Hoci výsledky prezentované Rengasamym a kol.Ukázali, že rozdiel medzi opakovanými vzorkami je malý (tj päť opakovaní <0,29 %), [25] študovali materiály s vysokými známymi filtračnými vlastnosťami navrhnutými špeciálne na výrobu masiek: samotný materiál môže byť jednotnejší a test je tiež oblasť rozsahu PFE môže byť konzistentnejšia.Celkovo sú výsledky získané pomocou nášho zariadenia v súlade s údajmi PFE a certifikačnými normami získanými inými výskumníkmi.
Aj keď je PFE dôležitým ukazovateľom na meranie výkonu masky, v tomto bode musíme čitateľom pripomenúť, že komplexná analýza budúcich materiálov masky musí brať do úvahy ďalšie faktory, to znamená priepustnosť materiálu (t. j. prostredníctvom poklesu tlaku alebo diferenčného tlaku). ).Existujú predpisy v normách ASTM F2100 a F3502.Prijateľná priedušnosť je nevyhnutná pre pohodlie nositeľa a zabránenie úniku okraja masky počas dýchania.Pretože PFE a priepustnosť vzduchu mnohých bežných materiálov sú zvyčajne nepriamo úmerné, meranie poklesu tlaku by sa malo vykonávať spolu s meraním PFE, aby sa lepšie vyhodnotil výkon materiálu masky.
Odporúčame, aby pokyny na konštrukciu zariadení PFE v súlade s ASTM F2299 boli nevyhnutné pre neustále zlepšovanie noriem, vytváranie výskumných údajov, ktoré možno porovnávať medzi výskumnými laboratóriami, a zlepšovanie aerosólovej filtrácie.Spoľahnite sa len na štandard NIOSH (alebo F3502), ktorý špecifikuje jedno zariadenie (TSI 8130A) a obmedzuje výskumníkov v nákupe zariadení na kľúč (napríklad systémov TSI).Spoliehanie sa na štandardizované systémy, ako je TSI 8130A, je dôležité pre súčasnú štandardnú certifikáciu, ale obmedzuje to vývoj masiek, respirátorov a iných technológií na filtráciu aerosólov, ktoré sú v rozpore s pokrokom výskumu.Stojí za zmienku, že norma NIOSH bola vyvinutá ako metóda na testovanie respirátorov v náročných podmienkach, ktoré sa očakávajú, keď je toto vybavenie potrebné, ale na rozdiel od toho sa chirurgické masky testujú metódami ASTM F2100/F2299.Tvar a štýl komunitných masiek pripomínajú skôr chirurgické masky, čo však neznamená, že majú vynikajúcu účinnosť filtrácie ako N95.Ak sa chirurgické masky stále hodnotia v súlade s ASTM F2100/F2299, bežné tkaniny by sa mali analyzovať pomocou metódy bližšej ASTM F2100/F2299.Okrem toho ASTM F2299 umožňuje dodatočnú flexibilitu v rôznych parametroch (ako je prietok vzduchu a povrchová rýchlosť v štúdiách účinnosti filtrácie), čo z neho môže urobiť približný vyšší štandard vo výskumnom prostredí.
Čas odoslania: 30. augusta 2021