Suojavarusteiden ja -materiaalien huippuyksikkö (CEPEM), 1280 Main St. W., Hamilton, ON, Kanada
Käytä alla olevaa linkkiä jakaaksesi tämän artikkelin koko tekstiversion ystävillesi ja kollegoillesi.oppia lisää.
Kansanterveysvirastot suosittelevat, että yhteisöt käyttävät naamioita ilmassa leviävien tautien, kuten COVID-19:n, leviämisen estämiseksi.Kun maski toimii tehokkaana suodattimena, viruksen leviäminen vähenee, joten on tärkeää arvioida maskin hiukkassuodatustehokkuus (PFE).Suodatinmateriaalien testaamista haittaavat kuitenkin avaimet käteen -periaatteella toimivan PFE-järjestelmän hankintaan tai akkreditoidun laboratorion palkkaamiseen liittyvät korkeat kustannukset ja pitkät toimitusajat.Tarve "räätälöitylle" PFE-testijärjestelmälle on selvästi olemassa;Eri standardit, jotka edellyttävät (lääketieteellisten) maskien PFE-testausta (esim. ASTM International, NIOSH), vaihtelevat kuitenkin suuresti protokollien ja ohjeiden selkeyden suhteen.Tässä kuvataan "sisäisen" PFE-järjestelmän ja maskien testausmenetelmän kehitystä nykyisten lääketieteellisten maskien standardien yhteydessä.Kansainvälisten ASTM-standardien mukaisesti järjestelmä käyttää lateksipalloja (nimelliskoko 0,1 µm) aerosoleja ja käyttää laserhiukkasanalysaattoria hiukkaspitoisuuden mittaamiseen maskimateriaalin ylä- ja alavirtaan.Suorita PFE-mittauksia useille yleisille kankaille ja lääketieteellisille naamioille.Tässä työssä kuvattu menetelmä täyttää PFE-testauksen nykyiset standardit ja tarjoaa samalla joustavuutta mukautua muuttuviin tarpeisiin ja suodatusolosuhteisiin.
Kansanterveysvirastot suosittelevat, että väestö käyttää maskeja COVID-19:n ja muiden pisara- ja aerosolivälitteisten sairauksien leviämisen estämiseksi.[1] Maskien käyttövaatimus vähentää tehokkaasti leviämistä, ja [2] osoittaa, että testaamattomat yhteisön maskit tarjoavat hyödyllisen suodatuksen.Itse asiassa mallinnustutkimukset ovat osoittaneet, että COVID-19-tartunnan väheneminen on lähes verrannollinen maskien tehokkuuden ja omaksumisasteen yhteistulokseen, ja näillä ja muilla väestöpohjaisilla toimenpiteillä on synergistinen vaikutus sairaalahoitojen ja kuolemantapausten vähentämisessä.[3]
Terveydenhuollon ja muiden etulinjan työntekijöiden tarvitsemien sertifioitujen lääkinnällisten maskien ja hengityssuojaimien määrä on lisääntynyt dramaattisesti, mikä asettaa haasteita olemassa oleville valmistus- ja toimitusketjuille ja saa uudet valmistajat testaamaan ja sertifioimaan uusia materiaaleja nopeasti.Organisaatiot, kuten ASTM International ja National Institute of Occupational Safety and Health (NIOSH) ovat kehittäneet standardoituja menetelmiä lääketieteellisten maskien testaamiseen.Näiden menetelmien yksityiskohdat vaihtelevat kuitenkin suuresti, ja jokaisella organisaatiolla on omat suoritusstandardinsa.
Hiukkasten suodatustehokkuus (PFE) on maskin tärkein ominaisuus, koska se liittyy sen kykyyn suodattaa pieniä hiukkasia, kuten aerosoleja.Lääketieteellisten maskien on täytettävä tietyt PFE-tavoitteet[4–6], jotta ne voidaan sertifioida sääntelyvirastoilta, kuten ASTM International tai NIOSH.Kirurgiset naamarit ovat ASTM:n sertifioimia ja N95-hengityssuojaimet ovat NIOSHin sertifioimia, mutta molempien maskien on läpäistävä tietyt PFE-raja-arvot.Esimerkiksi N95-naamareilla on saavutettava 95-prosenttinen suodatus aerosoleille, jotka koostuvat suolahiukkasista, joiden laskennallinen keskimääräinen halkaisija on 0,075 µm, kun taas ASTM 2100 L3 -kirurgisten maskien on saavutettava 98-prosenttinen suodatus aerosoleille, jotka koostuvat lateksipalloista, joiden keskimääräinen halkaisija on 0,1 µm. .
Kaksi ensimmäistä vaihtoehtoa ovat kalliita (> 1 000 dollaria testinäytettä kohden, arviolta > 150 000 dollaria tietyille laitteille), ja COVID-19-pandemian aikana esiintyy viiveitä pitkien toimitusaikkojen ja toimitusongelmien vuoksi.PFE-testauksen korkeat kustannukset ja rajoitetut käyttöoikeudet – yhdistettynä yhtenäisten ohjeiden puutteeseen standardoiduista suorituskyvyn arvioinneista – ovat saaneet tutkijat käyttämään erilaisia räätälöityjä testausjärjestelmiä, jotka usein perustuvat yhteen tai useampaan sertifioitujen lääketieteellisten maskien standardiin.
Olemassa olevasta kirjallisuudesta löytyvät erikoisnaamarimateriaalin testauslaitteet ovat yleensä samanlaisia kuin edellä mainitut NIOSH- tai ASTM F2100/F2299 -standardit.Tutkijoilla on kuitenkin mahdollisuus valita tai muuttaa suunnittelua tai toimintaparametreja mieltymystensä mukaan.Esimerkiksi näytteen pintanopeuden, ilman/aerosolin virtausnopeuden, näytteen koon (pinta-alan) ja aerosolihiukkasten koostumuksen muutoksia on käytetty.Monet viimeaikaiset tutkimukset ovat käyttäneet räätälöityjä laitteita maskien materiaalien arvioimiseen.Nämä laitteet käyttävät natriumkloridiaerosoleja ja ovat lähellä NIOSH-standardeja.Esimerkiksi Rogak et ai.(2020), Zangmeister et ai.(2020), Drunic et ai.(2020) ja Joo et al.(2021) Kaikki rakennetut laitteet tuottavat natriumkloridiaerosolia (erikokoisia), joka neutraloidaan sähkövarauksella, laimennetaan suodatetulla ilmalla ja lähetetään materiaalinäytteeseen, jossa optinen partikkelikoon, kondensoituja hiukkasia eri Yhdistetty hiukkaspitoisuuden mittaus [9, 14-16] Konda et ai.(2020) ja Hao et ai.(2020) Vastaava laite rakennettiin, mutta varauksen neutraloijaa ei ollut mukana.[8, 17] Näissä tutkimuksissa näytteen ilmannopeus vaihteli välillä 1 ja 90 L min-1 (joskus virtaus/nopeusvaikutusten havaitsemiseksi);pintanopeus oli kuitenkin välillä 5,3 - 25 cm s-1.Näytteen koko näyttää vaihtelevan välillä ≈3,4 ja 59 cm2.
Päinvastoin, on vähän tutkimuksia maskimateriaalien arvioinnista lateksiaerosolia käyttävien laitteiden avulla, jotka ovat lähellä ASTM F2100/F2299 -standardia.Esimerkiksi Bagheri et ai.(2021), Shakya et ai.(2016) ja Lu et ai.(2020) Rakensi laitteen polystyreenilateksiaerosolin valmistamiseksi, joka laimennettiin ja lähetettiin materiaalinäytteille, joissa hiukkaspitoisuuden mittaamiseen käytettiin erilaisia hiukkasanalysaattoreita tai skannaavia liikkuvuuden hiukkaskokoanalysaattoreita.[18-20] Ja Lu et ai.Varauksen neutraloijaa käytettiin niiden aerosoligeneraattorin jälkeen, ja kahden muun tutkimuksen kirjoittajat eivät.Myös näytteen ilman virtausnopeus muuttui hieman — mutta F2299-standardin rajoissa — ≈7,3:sta 19 L min-1:een.Ilman pintanopeus, jota Bagheri et al.on 2 ja 10 cm s–1 (vakioalueella).Ja Lu et ai. ja Shakya et ai.[18-20] Lisäksi kirjoittaja ja Shakya et al.erikokoisia testattuja lateksipalloja (eli yhteensä 20 nm - 2500 nm).Ja Lu et ai.Ainakin joissakin kokeissaan he käyttävät määriteltyä 100 nm (0,1 µm) hiukkaskokoa.
Tässä työssä kuvaamme haasteita, joita kohtaamme luotaessamme PFE-laitetta, joka on mahdollisimman pitkälle nykyisten ASTM F2100/F2299 standardien mukainen.Tärkeimpiä suosittuja standardeja (esim. NIOSH ja ASTM F2100/F2299) ASTM-standardi tarjoaa suuremman joustavuuden parametreissa (kuten ilman virtausnopeudessa) tutkittaessa suodatustehoa, joka voi vaikuttaa PFE:hen ei-lääketieteellisissä maskeissa.Kuten olemme osoittaneet, tämä joustavuus lisää kuitenkin tällaisten laitteiden suunnittelun monimutkaisuutta.
Kemikaalit ostettiin Sigma-Aldrichilta ja niitä käytettiin sellaisenaan.Styreenimonomeeri (≥ 99 %) puhdistetaan lasipylvään läpi, joka sisältää alumiinioksidi-inhibiittoripoistoaineen, joka on suunniteltu poistamaan tert-butyylikatekolia.Deionisoitu vesi (≈0,037 µS cm–1) tulee Sartorius Arium -vedenpuhdistusjärjestelmästä.
100 % puuvillainen tavallinen kudos (Muslin CT), jonka nimellispaino on 147 gm-2, tulee Veratex Lining Ltd:ltä, QC, ja bambu/spandex-sekoitus on D. Zinman Textiles, QC.Muut maskin ehdokasmateriaalit tulevat paikallisilta kangasjälleenmyyjiltä (Fabricland).Näitä materiaaleja ovat kaksi erilaista 100 % puuvillasta kudottua kangasta (eri painatuksella), yksi puuvilla/spandex-neulos, kaksi puuvilla/polyesterineulosta (yksi "universaali" ja yksi "villapaita") ja kuitukangas puuvilla/polypropeeni-sekoitettu puuvilla vanumateriaali.Taulukko 1 esittää yhteenvedon tunnetuista kankaan ominaisuuksista.Uusien laitteiden vertailua varten paikallisista sairaaloista hankittiin sertifioidut lääketieteelliset maskit, mukaan lukien ASTM 2100 Level 2 (L2) ja Level 3 (L3; Halyard) sertifioidut lääketieteelliset naamarit ja N95 hengityssuojaimet (3M).
Jokaisesta testattavasta materiaalista leikattiin pyöreä näyte, jonka halkaisija oli noin 85 mm;materiaaliin ei tehty muita muutoksia (esim. pesu).Kiinnitä kangassilmukka PFE-laitteen näytepidikkeeseen testausta varten.Ilmavirran kanssa kosketuksissa olevan näytteen todellinen halkaisija on 73 mm ja jäljelle jääneitä materiaaleja käytetään näytteen tiukkaan kiinnittämiseen.Kootussa maskissa kasvoja koskettava puoli on poissa mukana toimitetun materiaalin aerosolista.
Monodispersisten anionisten polystyreenilateksipallojen synteesi emulsiopolymeroinnilla.Edellisessä tutkimuksessa kuvatun menettelyn mukaisesti reaktio suoritettiin monomeerinälkään puolieräsenä.[21, 22] Lisää deionisoitua vettä (160 ml) 250 ml:n kolmikaulaiseen pyöreäpohjaiseen pulloon ja aseta se öljyhauteeseen.Sitten pullo huuhdeltiin typellä ja inhibiittoritonta styreenimonomeeriä (2,1 ml) lisättiin huuhdeltuun, sekoitettuun pulloon.10 minuutin kuluttua 70 °C:ssa lisää natriumlauryylisulfaattia (0,235 g) liuotettuna deionisoituun veteen (8 ml).Vielä 5 minuutin kuluttua lisättiin kaliumpersulfaattia (0,5 g) liuotettuna deionisoituun veteen (2 ml).Seuraavien 5 tunnin aikana ruiskuta ruiskupumppua hitaasti lisää inhibiittorivapaata styreeniä (20 ml) pulloon nopeudella 66 µl min-1.Styreeniinfuusion päätyttyä reaktio jatkui vielä 17 tuntia.Sitten pullo avattiin ja jäähdytettiin polymeroinnin lopettamiseksi.Syntetisoitua polystyreenilateksiemulsiota dialysoitiin deionisoitua vettä vastaan SnakeSkin-dialyysiputkessa (3500 Da:n molekyylipainoraja) viiden päivän ajan, ja deionisoitu vesi vaihdettiin joka päivä.Poista emulsio dialyysiputkesta ja säilytä sitä jääkaapissa 4°C:ssa käyttöön asti.
Dynaaminen valonsironta (DLS) suoritettiin Brookhaven 90Plus -analysaattorilla, laserin aallonpituus oli 659 nm ja ilmaisinkulma 90°.Käytä sisäänrakennettua hiukkasratkaisuohjelmistoa (v2.6; Brookhaven Instruments Corporation) tietojen analysointiin.Lateksisuspensio laimennetaan deionisoidulla vedellä, kunnes hiukkasluku on noin 500 tuhatta laskentaa sekunnissa (kcps).Partikkelikoon määritettiin olevan 125 ± 3 nm ja raportoitu polydispersiteetti oli 0,289 ± 0,006.
ZetaPlus-zetapotentiaalianalysaattoria (Brookhaven Instruments Corp.) käytettiin zeta-potentiaalin mitatun arvon saamiseksi vaiheanalyysin valonsirontamoodissa.Näyte valmistettiin lisäämällä erä lateksia 5 x 10-3 m NaCl-liuokseen ja laimentamalla lateksisuspensio uudelleen, jotta saavutettiin noin 500 kcps:n hiukkasluku.Suoritettiin viisi toistettua mittausta (joista kukin koostui 30 ajosta), mikä johti zeta-potentiaaliarvoon -55,1 ± 2,8 mV, jossa virhe edustaa viiden toiston keskiarvon keskihajontaa.Nämä mittaukset osoittavat, että hiukkaset ovat negatiivisesti varautuneita ja muodostavat stabiilin suspension.DLS- ja zeta-potentiaalitiedot löytyvät tukitietotaulukoista S2 ja S3.
Rakensimme laitteiston ASTM International -standardien mukaisesti, kuten alla on kuvattu ja esitetty kuvassa 1. Yksisuihkuista Blaustein-sumutusmoduulia (BLAM; CHTech) käytetään lateksipalloja sisältävien aerosolien valmistukseen.Suodatettu ilmavirta (saatu GE Healthcare Whatmanin 0,3 µm HEPA-CAP- ja 0,2 µm POLYCAP TF -suodattimien kautta sarjassa) tulee aerosoligeneraattoriin 20 psi:n (6,9 kPa) paineella ja sumuttaa osan 5 mg:n L-1:stä. suspensio Neste ruiskutetaan laitteen lateksipalloon ruiskupumpun kautta (KD Scientific Model 100).Aerosolisoidut märät hiukkaset kuivataan johtamalla aerosoligeneraattorista lähtevä ilmavirta putkimaisen lämmönvaihtimen läpi.Lämmönvaihdin koostuu 5/8" ruostumattomasta teräksestä valmistetusta putkesta, joka on kierretty 8 jalkaa pitkällä lämmityspatterilla.Teho on 216 W (BriskHeat).Säädettävän valitsimen mukaan lämmittimen teho on asetettu 40 %:iin laitteen maksimiarvosta (≈86 W);tämä tuottaa keskimääräisen ulkoseinän lämpötilan 112 °C (keskipoikkeama ≈1 °C), joka määritetään pinta-asennetun lämpöparin (Taylor USA) mittauksella.Tukitietojen kuva S4 esittää yhteenvedon lämmittimen suorituskyvystä.
Kuivatut sumutetut hiukkaset sekoitetaan sitten suuremman tilavuuden kanssa suodatettua ilmaa, jotta saavutetaan kokonaisilmavirtaus 28,3 l min-1 (eli 1 kuutiojalka minuutissa).Tämä arvo valittiin, koska se on laserhiukkasanalysaattorin näytteenoton tarkka virtausnopeus järjestelmän jälkeen.Lateksihiukkasia kuljettava ilmavirta lähetetään toiseen kahdesta identtisestä pystysuorasta kammiosta (eli sileäseinäiset ruostumattomasta teräksestä valmistetut putket): "kontrolli"-kammioon ilman maskimateriaalia tai pyöreään "näyte"-kammioon käytettäväksi irrotettava Näytepidike työnnetään kankaan ulkopuolelle.Kahden kammion sisähalkaisija on 73 mm, mikä vastaa näytetelineen sisähalkaisijaa.Näytepidike käyttää uritettuja renkaita ja upotettuja pultteja maskin materiaalin tiivistämiseen, työnnä sitten irrotettava kannatin näytekammion rakoon ja sulje se tiukasti laitteeseen kumitiivisteillä ja puristimilla (kuva S2, tukitiedot).
Ilmavirran kanssa kosketuksissa olevan kangasnäytteen halkaisija on 73 mm (ala = 41,9 cm2);se suljetaan näytekammioon testin aikana."Kontrolli"- tai "näyte"kammiosta lähtevä ilmavirta siirretään laserhiukkasanalysaattoriin (hiukkasten mittausjärjestelmä LASAIR III 110) lateksihiukkasten lukumäärän ja pitoisuuden mittaamiseksi.Hiukkasanalysaattori määrittää hiukkaspitoisuuden ala- ja ylärajan, vastaavasti 2 × 10-4 ja ≈34 hiukkasta kuutiojalkaa kohti (7 ja ≈950 000 hiukkasta kuutiojalkaa kohti).Lateksipartikkelipitoisuuden mittaamista varten partikkelipitoisuus ilmoitetaan "laatikossa", jonka ala- ja yläraja on 0,10–0,15 µm, mikä vastaa aerosolissa olevien singlettilateksihiukkasten likimääräistä kokoa.Voidaan kuitenkin käyttää muita säiliökokoja, ja useita säiliöitä voidaan arvioida samanaikaisesti, maksimihiukkaskoolla 5 µm.
Laitteisiin kuuluu myös muita laitteita, kuten kammion ja hiukkasanalysaattorin huuhtelulaitteet puhtaalla suodatetulla ilmalla sekä tarvittavat venttiilit ja instrumentit (kuva 1).Täydelliset putkisto- ja instrumentointikaaviot on esitetty tukitietojen kuvassa S1 ja taulukossa S1.
Kokeen aikana lateksisuspensiota ruiskutettiin aerosoligeneraattoriin virtausnopeudella ≈60 - 100 µl min-1 vakaan hiukkasten tuoton ylläpitämiseksi, noin 14-25 hiukkasta kuutiosenttimetriä kohden (400 000 kuutiosenttimetriä kohden) 700 000 hiukkasta).Jalat) 0,10–0,15 µm:n astiassa.Tätä virtausnopeusaluetta tarvitaan havaittujen muutosten vuoksi lateksihiukkasten pitoisuudessa aerosoligeneraattorin jälkeen, mikä voi johtua muutoksista aerosoligeneraattorin nesteloukun vangitseman lateksisuspension määrässä.
Tietyn kangasnäytteen PFE:n mittaamiseksi lateksihiukkasaerosoli siirretään ensin valvomon läpi ja ohjataan sitten hiukkasanalysaattoriin.Mittaa jatkuvasti kolmen hiukkasen pitoisuutta nopeasti peräkkäin, kukin yhden minuutin ajan.Hiukkasanalysaattori raportoi hiukkasten aikakeskimääräisen pitoisuuden analyysin aikana, eli hiukkasten keskimääräisen pitoisuuden yhdessä minuutissa (28,3 l) näytteestä.Kun nämä perusmittaukset on tehty vakaan hiukkasmäärän ja kaasun virtausnopeuden määrittämiseksi, aerosoli siirretään näytekammioon.Kun järjestelmä saavuttaa tasapainon (yleensä 60-90 sekuntia), suoritetaan kolme peräkkäistä yhden minuutin mittausta nopeasti peräkkäin.Nämä näytemittaukset edustavat kangasnäytteen läpi kulkevien hiukkasten pitoisuutta.Myöhemmin jakamalla aerosolivirtaus takaisin valvomoon, valvontahuoneesta otettiin vielä kolme hiukkaspitoisuusmittausta sen varmistamiseksi, että ylävirran hiukkaspitoisuus ei muuttunut olennaisesti koko näytteen arviointiprosessin aikana.Koska kahden kammion rakenne on sama – paitsi että näytekammioon mahtuu näytteen pidike – kammion virtausolosuhteita voidaan pitää samoina, joten kontrollikammiosta ja näytekammiosta lähtevän kaasun hiukkasten pitoisuus. voidaan verrata.
Säilyttääksesi hiukkasanalysaattorin instrumentin käyttöiän ja poistaaksesi aerosolihiukkaset järjestelmästä jokaisen testin välillä, käytä HEPA-suodatettua ilmasuihkua hiukkasanalysaattorin puhdistamiseen jokaisen mittauksen jälkeen ja puhdista näytekammio ennen näytteiden vaihtamista.Katso tukitiedon kuva S1 kaaviosta PFE-laitteen ilmanhuuhtelujärjestelmästä.
Tämä laskelma edustaa yhtä "toistuvaa" PFE-mittausta yhdelle materiaalinäytteelle ja vastaa ASTM F2299:n PFE-laskentaa (yhtälö (2)).
Kohdassa 2.1 kuvatut materiaalit altistettiin lateksiaerosoleilla käyttämällä kohdassa 2.3 kuvattua PFE-laitteistoa niiden sopivuuden määrittämiseksi maskimateriaaleiksi.Kuvassa 2 on hiukkaskonsentraatioanalysaattorista saadut lukemat, ja samalla mitataan neulekankaiden ja vanumateriaalien PFE-arvot.Kolme näyteanalyysiä suoritettiin yhteensä kahdelle materiaalille ja kuudelle toistolle.Ilmeisesti ensimmäinen lukema kolmen lukeman sarjassa (varjostettu vaaleammalla värillä) eroaa yleensä kahdesta muusta lukemasta.Esimerkiksi ensimmäinen lukema eroaa kahden muun lukeman keskiarvosta kuvan 2 12-15 kolminkertaisuudessa yli 5 %.Tämä havainto liittyy hiukkasanalysaattorin läpi virtaavan aerosolipitoisen ilman tasapainoon.Kuten kohdassa Materiaalit ja menetelmät on käsitelty, tasapainolukemia (toinen ja kolmas kontrolli- ja näytelukemat) käytettiin PFE:n laskemiseen tummansinisissä ja punaisissa sävyissä kuviossa 2, vastaavasti.Kaiken kaikkiaan kolmen toiston keskimääräinen PFE-arvo on 78 % ± 2 % neulekankaalle ja 74 % ± 2 % puuvillavanumateriaalille.
Järjestelmän suorituskyvyn vertailemiseksi arvioitiin myös ASTM 2100 -sertifioidut lääketieteelliset maskit (L2, L3) ja NIOSH-hengityssuojaimet (N95).ASTM F2100 -standardi asettaa tason 2 ja tason 3 maskien 0,1 µm:n hiukkasten suodatustehokkuuden ≥ 95 %:ksi ja ≥ 98 %:ksi.[5] Samoin NIOSH-sertifioitujen N95-hengityssuojaimien suodatustehokkuuden on oltava ≥ 95 % sumutetuille NaCl-nanohiukkasille, joiden keskimääräinen halkaisija on 0,075 µm.[24] Rengasamy et ai.Raporttien mukaan samankaltaisten N95-naamarien PFE-arvo on 99,84–99,98 % [25] Zangmeister et al.Raporttien mukaan niiden N95 tuottaa vähintään 99,9 %:n suodatustehokkuuden [14], kun taas Joo et al.Raporttien mukaan 3M N95 -naamarit tuottivat 99 % PFE:stä (300 nm hiukkasia), [16] ja Hao et al.Raportoitu N95 PFE (300 nm hiukkasia) on 94,4 %.[17] Shakyan et al. haastamille kahdelle N95-naamarille.0,1 µm lateksipalloilla PFE putosi karkeasti 80 % ja 100 % välillä.[19] Kun Lu et ai.Käyttämällä samankokoisia lateksipalloja N95-naamarien arvioinnissa keskimääräisen PFE:n raportoidaan olevan 93,8 %.[20] Tässä työssä kuvatuilla laitteilla saadut tulokset osoittavat, että N95-maskin PFE on 99,2 ± 0,1 %, mikä on hyvässä linjassa useimpien aikaisempien tutkimusten kanssa.
Kirurgisia maskeja on myös testattu useissa tutkimuksissa.Haon et ai. kirurgiset maskit.osoitti PFE:n (300 nm hiukkaset) 73,4 % [17], kun taas kolme kirurgista maskia testasivat Drewnick et al.Tuotettu PFE vaihtelee noin 60 %:sta lähes 100 %:iin.[15] (Jälkimmäinen maski voi olla sertifioitu malli.) Kuitenkin Zangmeister et al.Raporttien mukaan kahden testatun kirurgisen maskin vähimmäissuodatusteho on vain hieman korkeampi kuin 30 % [14], paljon pienempi kuin tässä tutkimuksessa testattujen kirurgisten maskien.Samoin Joo et al. testaama "sininen kirurginen maski".Todista, että PFE (300 nm hiukkaset) on vain 22 %.[16] Shakya et ai.raportoi, että kirurgisten maskien PFE (käyttäen 0,1 µm lateksihiukkasia) laski noin 60-80%.[19] Käyttämällä samankokoisia lateksipalloja Lu et al.:n kirurginen maski tuotti keskimääräisen PFE-tuloksen 80,2 %.[20] Vertailun vuoksi L2-maskin PFE on 94,2 ± 0,6 % ja L3-maskin PFE on 94,9 ± 0,3 %.Vaikka nämä PFE:t ylittävät monet PFE:t kirjallisuudessa, meidän on huomioitava, että aikaisemmassa tutkimuksessa mainittua sertifiointitasoa ei juuri ole ja meidän kirurgiset maskit ovat saaneet tason 2 ja 3 sertifioinnin.
Samalla tavalla kuin kuvan 2 ehdokasmaskimateriaaleja analysoitiin, tehtiin kolme testiä muille kuudelle materiaalille niiden sopivuuden määrittämiseksi maskiin ja PFE-laitteen toiminnan osoittamiseksi.Kuva 3 esittää kaikkien testattujen materiaalien PFE-arvot ja vertaa niitä PFE-arvoihin, jotka on saatu arvioimalla sertifioituja L3- ja N95-naamarimateriaaleja.Tähän työhön valituista 11 maskista/ehdokasmaskimateriaalista näkyy selkeästi laaja valikoima PFE-suorituskykyä, joka vaihtelee ≈10 %:sta lähes 100 %:iin, mikä on johdonmukaista muiden tutkimusten [8, 9, 15] ja teollisuuden kuvaajien kanssa. PFE:n ja PFE:n välillä ei ole selvää yhteyttä.Esimerkiksi materiaaleilla, joilla on samanlainen koostumus (kaksi 100 % puuvillanäytettä ja puuvillamusliini), on hyvin erilaisia PFE-arvoja (14 %, 54 % ja 13 %).Mutta on tärkeää, että suorituskyky on alhainen (esim. 100 % puuvilla A; PFE ≈ 14 %), keskiteho (esim. 70 %/30 % puuvilla/polyesterisekoitus; PFE ≈ 49 %) ja korkea suorituskyky (esim. villapaita Kangas; PFE ≈ 78%) Kangas voidaan selvästi tunnistaa tässä työssä kuvatulla PFE-laitteistolla.Erityisesti neulekankaat ja puuvillavanumateriaalit menestyivät erittäin hyvin, ja PFE:t vaihtelivat 70–80 %.Tällaiset korkean suorituskyvyn materiaalit voidaan tunnistaa ja analysoida yksityiskohtaisemmin niiden ominaisuuksien ymmärtämiseksi, jotka vaikuttavat niiden korkeaan suodatuskykyyn.Haluamme kuitenkin muistuttaa, että koska materiaalien PFE-tulokset, joilla on samanlainen teollisuuskuvaus (eli puuvillamateriaalit), ovat hyvin erilaisia, nämä tiedot eivät osoita, mitkä materiaalit ovat laajalti hyödyllisiä kangasnaamareissa, emmekä aio päätellä niiden ominaisuuksista. materiaaliluokat.Suoritussuhde.Annamme konkreettisia esimerkkejä kalibroinnin havainnollistamiseksi, näytämme, että mittaus kattaa koko mahdollisen suodatustehokkuuden alueen ja annamme mittausvirheen koon.
Saimme nämä PFE-tulokset todistaaksemme, että laitteillamme on laaja valikoima mittausominaisuuksia, pieni virhe, ja verrataan kirjallisuudesta saatuihin tietoihin.Esimerkiksi Zangmeister et ai.Useiden kudottujen puuvillakankaiden (esim. "Cotton 1-11") (89 - 812 lankaa tuumaa kohti) PFE-tulokset raportoidaan.Yhdeksässä 11 materiaalista "minimisuodatustehokkuus" on 0–25 %;kahden muun materiaalin PFE on noin 32 %.[14] Samoin Konda et al.Kahden puuvillakankaan (80 ja 600 TPI; 153 ja 152 gm-2) PFE-tiedot on raportoitu.PFE vaihtelee 7 % - 36 % ja 65 % - 85 %, vastaavasti.Drewnickin ym. tutkimuksessa yksikerroksisissa puuvillakankaissa (eli puuvilla, puuvillaneule, moleton; 139–265 TPI; 80–140 gm–2) materiaalin PFE-alue on noin 10–30 %.Joo et al.:n tutkimuksessa heidän 100 % puuvillamateriaalinsa PFE on 8 % (300 nm hiukkasia).Bagheri et ai.käytetyt polystyreenilateksihiukkaset, joiden koko on 0,3-0,5 µm.Kuuden puuvillamateriaalin (120-200 TPI; 136-237 gm-2) PFE mitattiin välillä 0 % - 20 %.[18] Siksi useimmat näistä materiaaleista ovat hyvin sopusoinnussa kolmen puuvillakankaamme (esim. Veratex Muslin CT, Fabric Store Cottons A ja B) PFE-tulosten kanssa, ja niiden keskimääräinen suodatusteho on 13 %, 14 % ja vastaavasti.54 %.Nämä tulokset osoittavat, että puuvillamateriaalien välillä on suuria eroja ja että materiaalin ominaisuudet, jotka johtavat korkeaan PFE:hen (esim. Kondan et al.:n 600 TPI puuvilla; meidän puuvilla B) ovat huonosti ymmärrettyjä.
Näitä vertailuja tehdessämme myönnämme, että on vaikea löytää kirjallisuudesta testattuja materiaaleja, joilla on samat ominaisuudet (esim. materiaalikoostumus, kudonta ja neulonta, TPI, paino jne.) tässä tutkimuksessa testattujen materiaalien kanssa. ei siis voi suoraan verrata.Lisäksi tekijöiden käyttämien instrumenttien erot ja standardoinnin puute vaikeuttavat hyvien vertailujen tekemistä.Siitä huolimatta on selvää, että tavallisten kankaiden suorituskyvyn ja suorituskyvyn suhdetta ei ymmärretä hyvin.Materiaalit testataan edelleen standardoiduilla, joustavilla ja luotettavilla laitteilla (kuten tässä työssä kuvatuilla laitteilla) näiden suhteiden määrittämiseksi.
Vaikka yhden toiston (0-4 %) ja kolmena rinnakkaisena analysoitujen näytteiden välillä on kokonaistilastollinen virhe (0-5 %), tässä työssä ehdotettu laitteisto osoittautui tehokkaaksi työkaluksi eri materiaalien PFE:n testaamiseen.Tavallisista kankaista sertifioituihin lääketieteellisiin maskeihin.On syytä huomata, että 11 kuviota 3 varten testatun materiaalin joukossa etenemisvirhe σprop ylittää yhden näytteen PFE-mittausten välisen keskihajonnan, toisin sanoen σsd:n 9:stä 11 materiaalista;nämä kaksi poikkeusta esiintyvät erittäin korkealla PFE-arvolla (eli L2 ja L3 maski).Vaikka Rengasamyn et al.Osoittaen, että ero toistettujen näytteiden välillä on pieni (eli viisi toistoa <0,29 %), [25] he tutkivat materiaaleja, joilla on korkeat tunnetut suodatusominaisuudet, jotka on suunniteltu erityisesti maskien valmistukseen: itse materiaali saattaa olla tasaisempaa, ja testi on myös tämä. PFE-alueen alue voi olla johdonmukaisempi.Kaiken kaikkiaan laitteillamme saadut tulokset ovat yhdenmukaisia muiden tutkijoiden saamien PFE-tietojen ja sertifiointistandardien kanssa.
Vaikka PFE on tärkeä indikaattori maskin suorituskyvyn mittaamiseksi, meidän on tässä vaiheessa muistutettava lukijoita siitä, että tulevaisuuden maskimateriaalien kattavassa analyysissä on otettava huomioon muut tekijät, toisin sanoen materiaalin läpäisevyys (eli painehäviö tai paine-erotesti). ).ASTM F2100:ssa ja F3502:ssa on määräyksiä.Hyväksyttävä hengittävyys on välttämätöntä käyttäjän mukavuuden kannalta ja estää maskin reunan vuotamisen hengityksen aikana.Koska monien yleisten materiaalien PFE- ja ilmanläpäisevyys ovat yleensä kääntäen verrannollisia, painehäviön mittaus tulisi suorittaa yhdessä PFE-mittauksen kanssa maskimateriaalin suorituskyvyn arvioimiseksi täydellisemmin.
Suosittelemme, että ASTM F2299:n mukaiset PFE-laitteiden rakentamisohjeet ovat välttämättömiä standardien jatkuvalle parantamiselle, tutkimuslaboratorioiden välillä vertailukelpoisten tutkimustietojen tuottamiseen ja aerosolisuodatuksen tehostamiseen.Luota vain NIOSH (tai F3502) -standardiin, joka määrittelee yhden laitteen (TSI 8130A) ja rajoittaa tutkijoita ostamasta avaimet käteen -periaatteella laitteita (esimerkiksi TSI-järjestelmiä).Luottaminen standardoituihin järjestelmiin, kuten TSI 8130A, on tärkeää nykyisen standardin sertifioinnissa, mutta se rajoittaa maskien, hengityssuojainten ja muiden aerosolisuodatustekniikoiden kehittämistä, jotka ovat ristiriidassa tutkimuksen edistymisen kanssa.On syytä huomata, että NIOSH-standardi kehitettiin menetelmäksi hengityssuojainten testaamiseen ankarissa olosuhteissa, joita odotetaan, kun tätä laitetta tarvitaan, mutta sitä vastoin kirurgiset maskit testataan ASTM F2100/F2299 -menetelmillä.Yhteisönaamarit muistuttavat muodoltaan ja tyyliltään enemmän kirurgisia maskeja, mikä ei tarkoita, että niillä olisi erinomainen suodatustehokkuus, kuten N95.Jos kirurgisia maskeja arvioidaan edelleen ASTM F2100/F2299:n mukaisesti, tavalliset kankaat tulee analysoida käyttämällä menetelmää, joka on lähempänä ASTM F2100/F2299:ää.Lisäksi ASTM F2299 mahdollistaa lisäjoustavuuden eri parametreissä (kuten ilman virtausnopeus ja pintanopeus suodatustehokkuustutkimuksissa), mikä voi tehdä siitä suunnilleen ylivoimaisen standardin tutkimusympäristössä.
Postitusaika: 30.8.2021