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隐形口罩滤材过滤效能的检测与评价

隐形口罩滤材过滤效能的检测与评价

发布时间:2020-04-14 20:09
近年来,随着肉眼可见的雾霾天气逐渐增多,个人佩戴呼吸防护用品也逐渐增多,正规的呼吸防护用品(如N95口罩﹑医用防护口罩等)的防护效果可达纳米级别,但均存在价格高﹑佩戴不美观等局限。本文报道一种新型口罩材料的检测结果。
 
1 材料与方法
1.1 主要仪器及试剂 口罩滤料测试仪(8130型,美国TSI)﹑微生物气溶胶发生器(TK-3型,辽阳市应用技术研究所)﹑六级空气微生物采样器(AMS型,辽阳市应用技术研究所)等。金黄色葡萄球菌(ATCC6538)为军事医学科学院微生物流行病研究所保存菌种。胰蛋白胨大豆琼脂培养基(TSA)和营养肉汤培养基,另有蛋白胨﹑磷酸盐缓冲液﹑氯化钠及相关试剂。待测隐形口罩滤材(北京飞扬兄弟文化传播有限公司)大小15cm×20cm。
 
1.2 实验方法
1.2.1 氯化钠颗粒通气阻力﹑过滤效率﹑负载能力检测 测试样品分2组。1组为预处理组,处理顺序如下:①在温度38.0±2.5℃和相对湿度85%±5%的环境下放置24±1h;②在70±3℃干燥环境下放置24±1h;③在–30±3℃环境放置24±1h。2组不作预处理,为对照组。各组抽取3个样品进行检测。检测室环境要求:温度2 5±5℃,相对湿度30%±10%。使用口罩滤材测试仪,该仪器发生的氯化钠气溶胶颗粒浓度≤200mg/m3,粒数中位径(CMD)为0.075μm,粒度分布的几何标准差(GSD)为1.86。通气流量85L/min,用夹具将实验滤材连接在检测装置上,测量通气阻力和气溶胶穿透效率。负载能力测试方法同上,每5min记录结果1次,检测时间25min,气溶胶浓度按照仪器说明进行计算。
1.2.2 金黄色葡萄球菌气溶胶过滤效率检测 实验前进行样品预处理,将其放置在温度21±5℃﹑相对湿度85%±5%的环境中接受预处理4h以上,共抽取5个预处理后的样品。取金黄色葡萄球菌稀释为浓度5.0×105cfu/ml的菌悬液备用。压缩空气经冷却﹑除水﹑过滤﹑调压后成为实验用洁净空气,接入微生物气溶胶发生器,测试腔中产生金黄色葡萄球菌气溶胶,喷雾流量8L/min,喷雾压力1.8kg/cm2。测试腔中气溶胶浓度稳定1min后,用六级空气微生物采样器分别采集过滤前的气溶胶(采集时间1min)和滤材过滤后的气溶胶(采集时间2min),采样流量28.3L/min。采样后平皿37℃培养48h,计数每个平皿的金黄色葡萄球菌菌落数,并对采样结果进行校正,计算过滤效率。过滤效率(%)=(过滤前气溶胶浓度-过滤后气溶胶浓度)/过滤前气溶胶浓度×100%。重复上述步骤,重复测试5个样品。
1.3 统计学处理 采用SPSS 18.0软件进行统计学分析。计量资料符合正态分布,采用两独立样本的t检验进行分析。P<0.05为差异有统计学意义。
 
2 结 果
2.1 氯化钠颗粒通气阻力﹑过滤效率检测 预处理前和预处理后的滤材(n=3)其通气阻力分别为14.40±0.26mmH2O和14.43±0.15mmH2O(P>0.05),过滤效率分别为40.53%±0.72%和40.13%±1.72%(P>0.05)。说明预处理对滤材的通气阻力和过滤效率无明显影响,样品的平均通气阻力和平均过滤效率分别为14.42±0.19mmH2O和40.33%±1.20%。
负载能力测试显示,氯化钠颗粒的负载量为150mg时通气阻力为14.63±0.15mmH2O,负载量高于标准的150%(达375mg)时通气阻力为15.12±0.19mmH2O,均明显低于国家标准GB19083-2010(吸气阻力≤35mmH2O)和GB2626-2 0 0 6(吸气阻力≤3 5.6 9 m m H2O,呼气阻力≤25.49mmH2O)的要求。
 
2.2 金黄色葡萄球菌气溶胶过滤效率检测结果
采用新型滤材(n=5)对气溶胶进行过滤,过滤前气溶胶浓度为25 583±11 769cfu/m3,过滤后浓度为2816±1457cfu/m3,平均过滤效率为89.16%±2.04%。早期纱布口罩的细菌过滤效率要求达90%,目前行业标准中规定细菌过滤效率应不小于95%,所以该隐形口罩滤材的细菌过滤效率接近医用外科口罩的行业标准[2]。
 
3 讨 论
环境学认为空气中的尘埃是指空气动力学质量中值直径(MMAD)≤100μm的颗粒物(particulate matter,PM),其中MMAD>10μm的称为降尘,≤10μm为飘尘,即PM10,也称可吸入颗粒物,MMAD≤2.5μm为微尘,即PM2.5,约占PM10的50%~80%,大部分可通过呼吸道至肺部沉积,又称可入肺颗粒物,对人体危害更大;MMAD≤1μm的称为霾尘,因其能折光影响空气能见度而形成霾。
 
研究发现,空气污染与呼吸系统疾病的发生密切相关,在空气污染严重区人群咳嗽﹑咳痰﹑喘息﹑呼吸困难等呼吸系统症状的年龄标准化发生率高于相对洁净区[3]。在有呼吸系统基础疾病如哮喘﹑慢性阻塞性肺疾病的人群,空气污染和感染因素可协同致病并加重病情[4-5]。因此,在采取措施治理空气污染的同时,加强个人呼吸防护也同样重要。
 
隐形口罩类似于鼻塞,由一截透明塑料支架连着两端的纤维滤片,将两端塞进鼻孔即可发挥作用,对外观的影响比较小,其发挥作用的主要部分是置于鼻孔中的滤材。针对这种新型隐形口罩,我们参考国家标准[6-7]及以往文献[8]中的测试方法,对该新型隐形口罩滤材的颗粒物过滤效率﹑通气阻力﹑负载能力进行检测,参考医药行业标准[2]对该滤材细菌气溶胶的过滤效率进行检测。
 
对空气中颗粒物的过滤效率是评价口罩性能的重要指标。有研究表明,16层纱布口罩的颗粒物过滤效率仅为24%,24层纱布口罩的过滤效率为36.8%[9]。Rengasamy等[10]研究发现,使用N95口罩的检测系统检测普通布料和纤维织品的过滤效率仅为10%~60%。该隐形口罩滤材的颗粒物过滤效率超过40%,即对直径≥0.075μm的颗粒物能够过滤40%,所以对空气中的病毒颗粒(如甲型流感病毒直径0.08~0.12μm)﹑细菌(如金黄色葡萄球菌直径约1μm)均能起到有效的过滤作用,对空气中直径更大的微尘(直径≤2.5μm,即PM2.5)﹑飘尘(直径≤10μm,即PM10)﹑花粉(直径30~50μm)的过滤作用更为显着。本研究检测的隐形口罩滤材的颗粒物过滤效率超过40%,金黄色葡萄球菌气溶胶的过滤效率接近90%,明显超过24层纱布口罩的过滤效果,而且通气阻力低,可以满足日常工作生活中对呼吸系统的防护要求。
 
该隐形口罩所采用的滤材与N95口罩的滤材类似,具有三层高性能过滤结构,能有效过滤沙尘﹑灰尘﹑粉尘﹑花粉﹑细菌﹑病毒等细微颗粒物,过滤效率高,并且具有以下优点:①通气阻力低,可保持呼吸顺畅;②价格便宜;③使用简便,避免了使用一般口罩引起的眼镜起雾和污气二次吸入的缺点,也避免了使用一般口罩造成的不便,不影响外观形象和语言交流。
 
目前隐形口罩的研发和使用时间较短,尚缺乏具体型号及选择和佩戴规范,但作为一种防护口罩的替代产品,其发展应用前景仍十分广泛。