مرکز عالی برای تجهیزات و مواد حفاظتی (CEPEM)، 1280 Main St. W.، Hamilton، ON، کانادا
برای به اشتراک گذاشتن نسخه کامل متن این مقاله با دوستان و همکاران خود از لینک زیر استفاده کنید.بیشتر بدانید.
آژانس‌های بهداشت عمومی توصیه می‌کنند که جوامع برای کاهش شیوع بیماری‌های منتقله از هوا مانند COVID-19 از ماسک استفاده کنند.هنگامی که ماسک به عنوان یک فیلتر با کارایی بالا عمل می کند، انتشار ویروس کاهش می یابد، بنابراین ارزیابی کارایی فیلتراسیون ذرات (PFE) ماسک بسیار مهم است.با این حال، هزینه های بالا و زمان های طولانی مرتبط با خرید یک سیستم PFE کلید در دست یا استخدام یک آزمایشگاه معتبر مانع از آزمایش مواد فیلتر می شود.به وضوح نیاز به یک سیستم تست PFE "سفارشی" وجود دارد.با این حال، استانداردهای مختلفی که آزمایش PFE ماسک‌های (پزشکی) را تجویز می‌کنند (به عنوان مثال، ASTM International، NIOSH) در وضوح پروتکل‌ها و دستورالعمل‌هایشان بسیار متفاوت است.در اینجا، توسعه یک سیستم PFE "داخلی" و روش برای آزمایش ماسک ها در چارچوب استانداردهای فعلی ماسک پزشکی توضیح داده شده است.طبق استانداردهای بین المللی ASTM، این سیستم از آئروسل های کره های لاتکس (اندازه اسمی 0.1 میکرومتر) استفاده می کند و از یک تحلیلگر ذرات لیزری برای اندازه گیری غلظت ذرات در بالادست و پایین دست ماده ماسک استفاده می کند.اندازه گیری PFE را روی پارچه های معمولی و ماسک های پزشکی مختلف انجام دهید.روش شرح داده شده در این کار با استانداردهای فعلی آزمایش PFE مطابقت دارد، در حالی که انعطاف پذیری را برای انطباق با نیازهای متغیر و شرایط فیلتر فراهم می کند.
آژانس‌های بهداشت عمومی توصیه می‌کنند که عموم مردم از ماسک استفاده کنند تا شیوع COVID-19 و سایر بیماری‌های قطرات و ذرات معلق در هوا را محدود کنند.[1] الزام به پوشیدن ماسک در کاهش انتقال موثر است و [2] نشان می دهد که ماسک های جامعه آزمایش نشده فیلتر مفیدی را ارائه می دهند.در واقع، مطالعات مدل‌سازی نشان داده‌اند که کاهش انتقال COVID-19 تقریباً با محصول ترکیبی اثربخشی ماسک و نرخ پذیرش متناسب است و این اقدامات و سایر اقدامات مبتنی بر جمعیت تأثیر هم‌افزایی در کاهش بستری شدن در بیمارستان و مرگ و میر دارند.[3]
تعداد ماسک‌ها و ماسک‌های پزشکی تایید شده مورد نیاز مراقبت‌های بهداشتی و سایر کارکنان خط مقدم به طرز چشمگیری افزایش یافته است و زنجیره‌های تولید و تامین موجود را با چالش‌هایی مواجه کرده و باعث می‌شود تولیدکنندگان جدید به سرعت مواد جدید را آزمایش و تایید کنند.سازمان هایی مانند ASTM International و موسسه ملی ایمنی و بهداشت شغلی (NIOSH) روش های استانداردی را برای آزمایش ماسک های پزشکی ایجاد کرده اند.با این حال، جزئیات این روش ها به طور گسترده ای متفاوت است، و هر سازمان استانداردهای عملکرد خود را ایجاد کرده است.
راندمان فیلتر ذرات (PFE) مهمترین ویژگی یک ماسک است زیرا به توانایی آن در فیلتر کردن ذرات کوچک مانند ذرات معلق در هوا مربوط می شود.ماسک‌های پزشکی باید اهداف خاص PFE [4-6] را برآورده کنند تا توسط آژانس‌های نظارتی مانند ASTM International یا NIOSH تأیید شوند.ماسک های جراحی توسط ASTM تایید شده اند و ماسک های تنفسی N95 دارای تاییدیه NIOSH هستند، اما هر دو ماسک باید مقادیر قطع PFE خاصی را پاس کنند.به عنوان مثال، ماسک‌های N95 باید به 95 درصد فیلتراسیون برای ذرات نمک با قطر متوسط 0.075 میکرومتر دست یابند، در حالی که ماسک‌های جراحی ASTM 2100 L3 باید به 98 درصد فیلتراسیون برای آئروسل‌های متشکل از توپ‌های لاتکس با قطر متوسط فیلتر 0.1 میکرومتر دست یابند. .
دو گزینه اول گران هستند (> 1000 دلار به ازای هر نمونه آزمایشی، تخمین زده می شود بیش از 150،000 دلار برای تجهیزات مشخص باشد)، و در طول همه گیری COVID-19، به دلیل زمان طولانی تحویل و مشکلات تامین تاخیر وجود دارد.هزینه بالای تست PFE و حقوق دسترسی محدود - همراه با فقدان راهنمایی منسجم در مورد ارزیابی عملکرد استاندارد - محققان را به استفاده از انواع سیستم‌های تست سفارشی سوق داده است که اغلب بر اساس یک یا چند استاندارد برای ماسک‌های پزشکی تایید شده است.
تجهیزات ویژه تست مواد ماسک موجود در ادبیات موجود معمولاً مشابه استانداردهای NIOSH یا ASTM F2100/F2299 فوق الذکر است.با این حال، محققان این فرصت را دارند که طراحی یا پارامترهای عملیاتی را با توجه به ترجیحات خود انتخاب یا تغییر دهند.به عنوان مثال، تغییرات در سرعت سطح نمونه، سرعت جریان هوا/آئروسل، اندازه نمونه (مساحت)، و ترکیب ذرات آئروسل استفاده شده است.بسیاری از مطالعات اخیر از تجهیزات سفارشی برای ارزیابی مواد ماسک استفاده کرده اند.این تجهیزات از آئروسل های کلرید سدیم استفاده می کنند و به استانداردهای NIOSH نزدیک هستند.برای مثال، روگاک و همکاران.(2020)، Zangmeister و همکاران.(2020)، درونیک و همکاران.(2020) و جو و همکاران.(2021) همه تجهیزات ساخته شده آئروسل کلرید سدیم (اندازه های مختلف) تولید می کنند که توسط بار الکتریکی خنثی می شود، با هوای فیلتر شده رقیق می شود و به نمونه مواد فرستاده می شود، جایی که اندازه ذرات نوری، ذرات متراکم شده با اندازه گیری غلظت ذرات ترکیبی مختلف [9، 14-16] کوندا و همکاران.(2020) و هائو و همکاران.(2020) دستگاه مشابهی ساخته شد، اما خنثی کننده شارژ در آن گنجانده نشد.[8، 17] در این مطالعات، سرعت هوا در نمونه بین 1 تا 90 لیتر در دقیقه متغیر بود (گاهی اوقات برای تشخیص اثرات جریان/سرعت).با این حال، سرعت سطح بین 5.3 و 25 سانتی متر بر ثانیه بود.به نظر می رسد اندازه نمونه بین 3.4 و 59 سانتی متر مربع متفاوت باشد.
در مقابل، مطالعات کمی در مورد ارزیابی مواد ماسک از طریق تجهیزات با استفاده از آئروسل لاتکس، که نزدیک به استاندارد ASTM F2100/F2299 است، وجود دارد.به عنوان مثال، باقری و همکاران.(2021)، شاکیا و همکاران.(2016) و لو و همکاران.(2020) دستگاهی برای تولید آئروسل لاتکس پلی استایرن ساخت، که رقیق شده و به نمونه های مواد فرستاده شد، جایی که از آنالایزرهای مختلف ذرات یا تحلیلگرهای اندازه ذرات تحرک پویش برای اندازه گیری غلظت ذرات استفاده شد.[18-20] و لو و همکاران.یک خنثی کننده شارژ در پایین دست ژنراتور آئروسل آنها استفاده شد و نویسندگان دو مطالعه دیگر این کار را نکردند.نرخ جریان هوا در نمونه نیز اندکی تغییر کرد - اما در محدوده استاندارد F2299 - از ≈7.3 به 19 L min-1.سرعت سطح هوا مورد مطالعه باقری و همکاران.به ترتیب 2 و 10 سانتی متر بر ثانیه (در محدوده استاندارد) است.و لو و همکاران، و شاکیا و همکاران.[18-20] علاوه بر این، نویسنده و شاکیا و همکاران.کره های لاتکس با اندازه های مختلف (یعنی به طور کلی 20 نانومتر تا 2500 نانومتر) آزمایش شده است.و لو و همکارانحداقل در برخی از آزمایشات خود، از اندازه ذرات 100 نانومتر (0.1 میکرومتر) مشخص شده استفاده می کنند.
در این کار، چالش‌هایی را که در ایجاد یک دستگاه PFE که تا حد امکان با استانداردهای موجود ASTM F2100/F2299 مطابقت دارد، شرح می‌دهیم.در میان استانداردهای محبوب اصلی (یعنی NIOSH و ASTM F2100/F2299)، استاندارد ASTM انعطاف پذیری بیشتری در پارامترها (مانند سرعت جریان هوا) برای مطالعه عملکرد فیلتر که ممکن است بر PFE در ماسک های غیرپزشکی تأثیر بگذارد، فراهم می کند.با این حال، همانطور که نشان دادیم، این انعطاف پذیری سطح بیشتری از پیچیدگی را در طراحی چنین تجهیزاتی فراهم می کند.
مواد شیمیایی از سیگما آلدریچ خریداری شده و همانطور که هست استفاده شده است.مونومر استایرن (≥99٪) از طریق یک ستون شیشه ای حاوی حذف کننده بازدارنده آلومینا، که برای حذف ترت بوتیل کاتکول طراحی شده است، خالص می شود.آب دیونیزه شده (≈0.037 µS cm-1) از سیستم تصفیه آب Sartorius Arium می آید.
بافت ساده 100% پنبه (Muslin CT) با وزن اسمی 147 گرم در متر مربع از Veratex Lining Ltd., QC و ترکیب بامبو/اسپندکس از D. Zinman Textiles, QC تهیه شده است.سایر مواد ماسک کاندید از خرده فروشان پارچه محلی (Fabricland) تهیه می شود.این مواد شامل دو پارچه مختلف 100٪ پنبه بافته شده (با چاپ های مختلف)، یک پارچه نخی/اسپندکس بافتنی، دو پارچه بافتنی پنبه/پلی استر (یکی "یونیورسال" و یک "پارچه ژاکت") و یک پارچه پنبه ای غیر بافته شده / پلی پروپیلن مخلوط شده است. مواد پنبه پنبه.جدول 1 خلاصه ای از خواص شناخته شده پارچه را نشان می دهد.به منظور محک زدن تجهیزات جدید، ماسک‌های پزشکی تایید شده از بیمارستان‌های محلی، از جمله ماسک‌های پزشکی دارای گواهی ASTM 2100 Level 2 (L2) و Level 3 (L3; Halyard) و ماسک‌های تنفسی N95 (3M) دریافت شدند.
یک نمونه دایره‌ای به قطر تقریباً 85 میلی‌متر از هر ماده برای آزمایش بریده شد.هیچ تغییر دیگری در مواد ایجاد نشد (به عنوان مثال، شستشو).حلقه پارچه را در نگهدارنده نمونه دستگاه PFE برای آزمایش ببندید.قطر واقعی نمونه در تماس با جریان هوا 73 میلی متر است و از مواد باقیمانده برای محکم کردن نمونه استفاده می شود.برای ماسک مونتاژ شده، طرفی که صورت را لمس می کند از آئروسل مواد ارائه شده دور است.
سنتز کره های لاتکس پلی استایرن آنیونی تک پراکنده با پلیمریزاسیون امولسیونی.طبق روشی که در مطالعه قبلی توضیح داده شد، واکنش در حالت نیمه دسته ای گرسنگی مونومر انجام شد.[21، 22] آب دیونیزه (160 میلی لیتر) را به یک فلاسک 250 میلی لیتری سه گردنی ته گرد اضافه کنید و آن را در حمام روغن همزن قرار دهید.سپس فلاسک با نیتروژن پاک شد و مونومر استایرن بدون بازدارنده (2.1 میلی لیتر) به فلاسک هم زده شده اضافه شد.پس از 10 دقیقه در دمای 70 درجه سانتیگراد، سدیم لوریل سولفات (0.235 گرم) حل شده در آب دیونیزه (8 میلی لیتر) را اضافه کنید.پس از 5 دقیقه دیگر، پرسولفات پتاسیم (0.5 گرم) حل شده در آب دیونیزه (2 میلی لیتر) اضافه شد.در طی 5 ساعت آینده، از یک پمپ سرنگ برای تزریق آهسته استایرن بدون بازدارنده اضافی (20 میلی لیتر) به فلاسک با سرعت 66 میکرولیتر در دقیقه استفاده کنید.پس از اتمام تزریق استایرن، واکنش تا 17 ساعت دیگر ادامه یافت.سپس فلاسک باز شد و خنک شد تا پلیمریزاسیون پایان یابد.امولسیون لاتکس پلی استایرن سنتز شده در مقابل آب دیونیزه شده در یک لوله دیالیز SnakeSkin (برش وزن مولکولی 3500 Da) به مدت پنج روز دیالیز شد و آب دیونیزه شده هر روز جایگزین شد.امولسیون را از لوله دیالیز خارج کرده و تا زمان استفاده در یخچال با دمای 4 درجه سانتیگراد نگهداری کنید.
پراکندگی نور دینامیک (DLS) با آنالایزر Brookhaven 90Plus انجام شد، طول موج لیزر 659 نانومتر و زاویه آشکارساز 90 درجه بود.برای تجزیه و تحلیل داده ها از نرم افزار حل ذرات داخلی (v2.6؛ Brookhaven Instruments Corporation) استفاده کنید.سوسپانسیون لاتکس با آب دیونیزه رقیق می شود تا زمانی که تعداد ذرات تقریباً 500 هزار شمارش در ثانیه (kcps) شود.اندازه ذرات 3 ± 125 نانومتر تعیین شد و پلی پراکندگی گزارش شده 0.006 ± 0.289 بود.
یک تحلیلگر پتانسیل زتا ZetaPlus (Brookhaven Instruments Corp.) برای به دست آوردن مقدار اندازه گیری شده پتانسیل زتا در حالت پراکندگی نور آنالیز فاز استفاده شد.نمونه با افزودن مقدار کمی لاتکس به محلول NaCl 5×10-3m و رقیق کردن سوسپانسیون لاتکس برای دستیابی به تعداد ذرات تقریباً 500 kcps تهیه شد.پنج اندازه‌گیری مکرر (هر کدام شامل 30 اجرا) انجام شد که منجر به یک مقدار پتانسیل زتا 8/2 ± 1/55- میلی‌ولت شد، که در آن خطا نشان‌دهنده انحراف استاندارد مقدار میانگین پنج تکرار است.این اندازه گیری ها نشان می دهد که ذرات بار منفی دارند و یک سوسپانسیون پایدار تشکیل می دهند.داده های پتانسیل DLS و زتا را می توان در جداول اطلاعات پشتیبانی کننده S2 و S3 یافت.
ما تجهیزات را مطابق با استانداردهای بین المللی ASTM، همانطور که در زیر توضیح داده شده و در شکل 1 نشان داده شده است، ساختیم. ماژول آئروسل اتمیزه کردن تک جت Blaustein (BLAM; CHTech) برای تولید آئروسل های حاوی توپ های لاتکس استفاده می شود.جریان هوای فیلتر شده (که از طریق فیلترهای HEPA-CAP 0.3 میکرومتر HEPA-CAP و 0.2 میکرومتر POLYCAP TF GE Healthcare Whatman به دست می آید) با فشار 20 psi (6.9 کیلو پاسکال) وارد ژنراتور آئروسل شده و بخشی از 5 میلی گرم L-1 را اتمیزه می کند. تعلیق مایع از طریق یک پمپ سرنگ (KD Scientific Model 100) به توپ لاتکس تجهیزات تزریق می شود.ذرات مرطوب آئروسل شده با عبور جریان هوا که از مولد آئروسل از طریق مبدل حرارتی لوله ای خارج می شود، خشک می شوند.مبدل حرارتی از یک لوله فولادی ضد زنگ 5/8 اینچی با سیم پیچ گرمایش 8 فوت تشکیل شده است.خروجی 216 وات (BriskHeat) است.با توجه به صفحه قابل تنظیم آن، خروجی بخاری روی 40٪ از حداکثر مقدار دستگاه (≈86 W) تنظیم می شود.این یک دمای متوسط دیواره خارجی 112 درجه سانتیگراد (انحراف استاندارد ≈1 درجه سانتیگراد) تولید می کند که با اندازه گیری ترموکوپل نصب شده روی سطح (تیلور ایالات متحده آمریکا) تعیین می شود.شکل S4 در اطلاعات پشتیبان عملکرد بخاری را خلاصه می کند.
سپس ذرات اتمیزه شده خشک شده با حجم بیشتری از هوای فیلتر شده مخلوط می شوند تا جریان هوای کل 28.3 لیتر در دقیقه (یعنی 1 فوت مکعب در دقیقه) به دست آید.این مقدار به این دلیل انتخاب شد که نرخ جریان دقیق دستگاه تحلیلگر ذرات لیزری نمونه برداری در پایین دست سیستم است.جریان هوا که ذرات لاتکس را حمل می کند به یکی از دو محفظه عمودی یکسان (یعنی لوله های فولادی ضد زنگ با دیواره صاف) فرستاده می شود: یک محفظه کنترلی بدون مواد ماسک، یا یک محفظه "نمونه" با برش دایره ای قابل جدا شدن نگهدارنده نمونه خارج از پارچه درج می شود.قطر داخلی دو محفظه 73 میلی متر است که با قطر داخلی نگهدارنده نمونه مطابقت دارد.نگهدارنده نمونه از حلقه‌های شیاردار و پیچ‌های فرورفته استفاده می‌کند تا مواد ماسک را محکم ببندد و سپس براکت قابل جدا شدن را در شکاف محفظه نمونه قرار داده و آن را با واشرها و گیره‌های لاستیکی در دستگاه محکم ببندد (شکل S2، اطلاعات پشتیبانی).
قطر نمونه پارچه در تماس با جریان هوا 73 میلی متر (مساحت = 41.9 سانتی متر مربع) است.در حین آزمایش در محفظه نمونه مهر و موم شده است.جریان هوا که از محفظه "کنترل" یا "نمونه" خارج می شود به یک تحلیلگر ذرات لیزری (سیستم اندازه گیری ذرات LASAIR III 110) برای اندازه گیری تعداد و غلظت ذرات لاتکس منتقل می شود.آنالایزر ذرات حد پایین و بالای غلظت ذرات را به ترتیب 2 × 10-4 و ≈34 ذره در فوت مکعب (7 و ≈950 000 ذره در فوت مکعب) مشخص می کند.برای اندازه گیری غلظت ذرات لاتکس، غلظت ذرات در یک "جعبه" با حد پایین و حد بالایی 0.10-0.15 میکرومتر گزارش می شود که مربوط به اندازه تقریبی ذرات لاتکس منفرد در آئروسل است.با این حال، می توان از اندازه های دیگر سطل استفاده کرد، و چندین سطل را می توان همزمان با اندازه ذرات حداکثر 5 میکرومتر ارزیابی کرد.
این تجهیزات همچنین شامل تجهیزات دیگری مانند تجهیزات شستشوی محفظه و آنالایزر ذرات با هوای تمیز فیلتر شده و همچنین دریچه ها و ابزار لازم می باشد (شکل 1).نمودارهای کامل لوله کشی و ابزار دقیق در شکل S1 و جدول S1 اطلاعات پشتیبانی نشان داده شده است.
در طول آزمایش، سوسپانسیون لاتکس با سرعت جریان ≈60 تا 100 میکرولیتر در دقیقه به ژنراتور آئروسل تزریق شد تا خروجی ذرات پایدار، تقریباً 14-25 ذره در سانتی‌متر مکعب (400000 در هر سانتی‌متر مکعب) 700 حفظ شود. 000 ذره).فوت) در یک سطل با اندازه 0.10-0.15 میکرومتر.این محدوده سرعت جریان به دلیل تغییرات مشاهده شده در غلظت ذرات لاتکس در پایین دست ژنراتور آئروسل مورد نیاز است، که ممکن است به تغییرات در میزان تعلیق لاتکس گرفته شده توسط تله مایع ژنراتور آئروسل نسبت داده شود.
به منظور اندازه گیری PFE یک نمونه پارچه داده شده، آئروسل ذرات لاتکس ابتدا از طریق اتاق کنترل منتقل می شود و سپس به دستگاه تجزیه و تحلیل ذرات هدایت می شود.به طور مداوم غلظت سه ذره را به صورت متوالی اندازه گیری کنید که هر کدام یک دقیقه طول می کشد.آنالایزر ذرات میانگین غلظت زمانی ذرات را در طول تجزیه و تحلیل گزارش می کند، یعنی میانگین غلظت ذرات در یک دقیقه (28.3 لیتر) از نمونه.پس از انجام این اندازه‌گیری‌های پایه برای ایجاد تعداد ذرات پایدار و نرخ جریان گاز، آئروسل به محفظه نمونه منتقل می‌شود.هنگامی که سیستم به تعادل رسید (معمولاً 60-90 ثانیه)، سه اندازه گیری متوالی یک دقیقه ای دیگر به سرعت انجام می شود.این اندازه گیری های نمونه نشان دهنده غلظت ذرات عبوری از نمونه پارچه است.پس از آن، با تقسیم جریان آئروسل به اتاق کنترل، سه اندازه‌گیری غلظت ذرات دیگر از اتاق کنترل گرفته شد تا تأیید شود که غلظت ذرات بالادست در کل فرآیند ارزیابی نمونه تغییر قابل‌توجهی نکرده است.از آنجایی که طراحی دو محفظه یکسان است - به جز اینکه محفظه نمونه می تواند نگهدارنده نمونه را در خود جای دهد - شرایط جریان در محفظه را می توان یکسان در نظر گرفت، بنابراین غلظت ذرات در گاز خروجی از محفظه کنترل و محفظه نمونه. قابل مقایسه است.
به منظور حفظ عمر دستگاه آنالایزر ذرات و حذف ذرات آئروسل در سیستم بین هر آزمایش، از یک جت هوای فیلتر شده HEPA برای تمیز کردن آنالایزر ذرات پس از هر اندازه گیری استفاده کنید و محفظه نمونه را قبل از تعویض نمونه تمیز کنید.لطفاً برای نمودار شماتیک سیستم فلاشینگ هوا در دستگاه PFE به شکل S1 در اطلاعات پشتیبانی مراجعه کنید.
این محاسبه نشان دهنده یک اندازه گیری "تکرار" PFE برای یک نمونه ماده واحد است و معادل محاسبه PFE در ASTM F2299 است (معادله (2)).
مواد ذکر شده در §2.1 با آئروسل های لاتکس با استفاده از تجهیزات PFE شرح داده شده در §2.3 برای تعیین مناسب بودن آنها به عنوان مواد ماسک به چالش کشیده شدند.شکل 2 قرائت های به دست آمده از تحلیلگر غلظت ذرات را نشان می دهد و مقادیر PFE پارچه های ژاکت و مواد ژاکتی به طور همزمان اندازه گیری می شوند.سه تجزیه و تحلیل نمونه برای مجموع دو ماده و شش تکرار انجام شد.بدیهی است که اولین قرائت در یک مجموعه سه خوانی (سایه دار با رنگ روشن تر) معمولاً با دو قرائت دیگر متفاوت است.به عنوان مثال، قرائت اول با میانگین دو قرائت دیگر در 12-15 سه گانه در شکل 2 بیش از 5٪ متفاوت است.این مشاهدات مربوط به تعادل هوای حاوی آئروسل است که از طریق تحلیلگر ذرات جریان می یابد.همانطور که در مواد و روش ها بحث شد، قرائت های تعادلی (کنترل دوم و سوم و قرائت نمونه) برای محاسبه PFE به ترتیب در سایه های آبی تیره و قرمز در شکل 2 استفاده شد.به طور کلی، میانگین مقدار PFE سه تکرار 78٪ ± 2٪ برای پارچه ژاکت و 74٪ ± 2٪ برای مواد پنبه ای است.
برای ارزیابی عملکرد سیستم، ماسک‌های پزشکی دارای گواهی ASTM 2100 (L2، L3) و ماسک‌های تنفسی NIOSH (N95) نیز مورد ارزیابی قرار گرفتند.استاندارد ASTM F2100 راندمان فیلتر ذرات زیر میکرون ذرات 0.1 میکرومتر ماسک های سطح 2 و سطح 3 را به ترتیب ≥ 95% و ≥ 98% تعیین می کند.[5] به طور مشابه، ماسک‌های N95 دارای گواهی NIOSH باید برای نانوذرات NaCl اتمیزه‌شده با قطر متوسط 0.075 میکرومتر، راندمان فیلتراسیون ≥95% را نشان دهند.[24] Rengasamy و همکاران.طبق گزارش‌ها، ماسک‌های مشابه N95 مقدار PFE 99.84% -99.98% را نشان می‌دهند [25] Zangmeister و همکاران.بر اساس گزارش ها، N95 آنها حداقل راندمان فیلتراسیون بیش از 99.9% را تولید می کند [14] در حالی که Joo et al.طبق گزارش‌ها، ماسک‌های 3M N95 99 درصد PFE (ذرات 300 نانومتر) را تولید کردند [16] و Hao و همکاران.N95 PFE (ذرات 300 نانومتر) گزارش شده 94.4 درصد است.[17] برای دو ماسک N95 به چالش کشیده شده توسط Shakya و همکاران.با توپ های لاتکس 0.1 میکرومتر، PFE تقریباً بین 80٪ تا 100٪ کاهش یافت.[19] هنگامی که لو و همکاران.با استفاده از توپ های لاتکس با همان اندازه برای ارزیابی ماسک های N95، میانگین PFE 93.8٪ گزارش شده است.[20] نتایج به‌دست‌آمده با استفاده از تجهیزات توصیف‌شده در این کار نشان می‌دهد که PFE ماسک N95 0.1 ± 99.2٪ است که با اکثر مطالعات قبلی مطابقت خوبی دارد.
ماسک های جراحی نیز در چندین مطالعه آزمایش شده اند.ماسک های جراحی هائو و همکاران.PFE (ذرات 300 نانومتری) 73.4٪ را نشان داد [17] در حالی که سه ماسک جراحی توسط Drewnick و همکاران آزمایش شدند.PFE تولید شده از حدود 60٪ تا تقریبا 100٪ متغیر است.[15] (ماسک دوم ممکن است یک مدل تایید شده باشد.) با این حال، Zangmeister و همکاران.طبق گزارش ها، حداقل راندمان فیلتراسیون دو ماسک جراحی آزمایش شده تنها کمی بیشتر از 30 درصد است [14] بسیار کمتر از ماسک های جراحی آزمایش شده در این مطالعه.به طور مشابه، "ماسک جراحی آبی" که توسط جو و همکاران آزمایش شده است.ثابت کنید که PFE (ذرات 300 نانومتر) تنها 22٪ است.[16] شاکیا و همکاران.گزارش داد که PFE ماسک های جراحی (با استفاده از ذرات لاتکس 0.1 میکرومتر) تقریباً 60-80٪ کاهش یافته است.[19] با استفاده از توپ های لاتکس با همان اندازه، ماسک جراحی لو و همکاران، میانگین نتیجه PFE 80.2٪ را تولید کرد.[20] در مقایسه، PFE ماسک L2 ما 0.6 ± 94.2٪ است و PFE ماسک L3 0.3 ± 94.9٪ است.اگرچه این PFE ها از بسیاری از PFE ها در ادبیات پیشی می گیرند، باید توجه داشته باشیم که تقریباً هیچ سطح گواهینامه ذکر شده در تحقیقات قبلی وجود ندارد و ماسک های جراحی ما گواهینامه سطح 2 و سطح 3 را دریافت کرده اند.
به همان روشی که مواد ماسک کاندید در شکل 2 تجزیه و تحلیل شد، سه آزمایش بر روی شش ماده دیگر برای تعیین مناسب بودن آنها در ماسک و نشان دادن عملکرد دستگاه PFE انجام شد.شکل 3 مقادیر PFE همه مواد آزمایش شده را ترسیم می کند و آنها را با مقادیر PFE بدست آمده با ارزیابی مواد ماسک تایید شده L3 و N95 مقایسه می کند.از 11 ماسک/مواد ماسک کاندید انتخاب شده برای این کار، طیف گسترده ای از عملکرد PFE را می توان به وضوح مشاهده کرد که از ≈10٪ تا نزدیک به 100٪، مطابق با مطالعات دیگر، [8، 9، 15] و توصیفگرهای صنعت است. هیچ رابطه واضحی بین PFE و PFE وجود ندارد.به عنوان مثال، مواد با ترکیب مشابه (دو نمونه 100٪ پنبه و موسلین پنبه) مقادیر PFE بسیار متفاوتی را نشان می دهند (به ترتیب 14٪، 54٪ و 13٪).اما ضروری است که عملکرد پایین (به عنوان مثال، 100٪ پنبه A؛ PFE ≈ 14٪)، عملکرد متوسط (به عنوان مثال، 70٪/30٪ پنبه / پلی استر، PFE ≈ 49٪) و عملکرد بالا (به عنوان مثال، پارچه ژاکت؛ PFE ≈ 78٪ پارچه را می توان به وضوح با استفاده از تجهیزات PFE که در این کار توضیح داده شده است شناسایی کرد.به‌ویژه پارچه‌های ژاکت و مواد پنبه‌ای با استفاده از PFE از 70% تا 80% عملکرد بسیار خوبی داشتند.چنین مواد با کارایی بالا را می توان با جزئیات بیشتری شناسایی و تجزیه و تحلیل کرد تا ویژگی هایی که به عملکرد بالای فیلتراسیون آنها کمک می کند درک شود.با این حال، می‌خواهیم یادآوری کنیم که از آنجایی که نتایج PFE مواد با توصیف‌های صنعتی مشابه (یعنی مواد پنبه‌ای) بسیار متفاوت است، این داده‌ها نشان نمی‌دهند که کدام مواد به طور گسترده برای ماسک‌های پارچه‌ای مفید هستند، و ما قصد نداریم خواص را استنباط کنیم. دسته بندی موادرابطه عملکردما مثال‌های خاصی را برای نشان دادن کالیبراسیون ارائه می‌کنیم، نشان می‌دهیم که اندازه‌گیری کل محدوده کارایی فیلتراسیون ممکن را پوشش می‌دهد، و اندازه خطای اندازه‌گیری را ارائه می‌کنیم.
ما این نتایج PFE را به دست آوردیم تا ثابت کنیم که تجهیزات ما دارای طیف گسترده ای از قابلیت های اندازه گیری، خطای کم و مقایسه با داده های به دست آمده در ادبیات است.به عنوان مثال، Zangmeister و همکاران.نتایج PFE چندین پارچه نخی بافته شده (به عنوان مثال "Cotton 1-11") (89 تا 812 نخ در هر اینچ) گزارش شده است.در 9 ماده از 11 ماده، "حداقل راندمان فیلتراسیون" از 0٪ تا 25٪ متغیر است.PFE دو ماده دیگر حدود 32٪ است.[14] به طور مشابه، کوندا و همکاران.داده های PFE دو پارچه پنبه ای (80 و 600 TPI؛ 153 و 152 گرم در 2 گرم) گزارش شده است.PFE به ترتیب از 7٪ تا 36٪ و 65٪ تا 85٪ متغیر است.در مطالعه Drewnick و همکاران، در پارچه‌های پنبه‌ای تک لایه (به عنوان مثال پنبه، پنبه کشباف، مولتون؛ 139-265 TPI؛ 80-140 گرم-2)، محدوده مواد PFE حدود 10٪ تا 30٪ است.در مطالعه جو و همکاران، مواد 100٪ پنبه آنها دارای PFE 8٪ (ذرات 300 نانومتر) است.باقری و همکاراناز ذرات لاتکس پلی استایرن 0.3 تا 0.5 میکرومتر استفاده کرد.PFE شش ماده پنبه ای (120-200 TPI؛ 136-237 گرم-2) اندازه گیری شد که از 0٪ تا 20٪ متغیر بود.[18] بنابراین، اکثر این مواد با نتایج PFE سه پارچه نخی ما (یعنی Veratex Muslin CT، Fabric Store Cottons A و B) مطابقت خوبی دارند و میانگین راندمان فیلتراسیون آنها به ترتیب 13٪، 14٪ و.54 درصداین نتایج نشان می‌دهد که تفاوت‌های زیادی بین مواد پنبه‌ای وجود دارد و ویژگی‌های موادی که منجر به PFE بالا می‌شوند (یعنی پنبه 600 TPI کوندا و همکاران، پنبه B ما) به خوبی درک نشده‌اند.
هنگام انجام این مقایسه‌ها، ما اذعان می‌کنیم که یافتن مواد آزمایش‌شده در ادبیات که دارای ویژگی‌های یکسانی (یعنی ترکیب مواد، بافت و بافندگی، TPI، وزن و غیره) با مواد آزمایش‌شده در این مطالعه باشند، دشوار است. بنابراین نمی توان به طور مستقیم مقایسه کرد.علاوه بر این، تفاوت در ابزارهای مورد استفاده توسط نویسندگان و عدم استانداردسازی، انجام مقایسه های خوب را دشوار می کند.با این وجود، واضح است که رابطه عملکرد/عملکرد پارچه های معمولی به خوبی درک نشده است.برای تعیین این روابط، مواد با تجهیزات استاندارد، قابل انعطاف و قابل اعتماد (مانند تجهیزاتی که در این کار توضیح داده شده است) بیشتر آزمایش خواهند شد.
اگرچه یک خطای آماری کل (0-5٪) بین یک تکرار (0-4٪) و نمونه های تجزیه و تحلیل شده در سه تکرار وجود دارد، تجهیزات پیشنهاد شده در این کار ابزاری موثر برای آزمایش PFE مواد مختلف است.پارچه های معمولی تا ماسک های پزشکی قابل تایید.شایان ذکر است که در بین 11 ماده آزمایش شده برای شکل 3، خطای انتشار σprop از انحراف استاندارد بین اندازه‌گیری‌های PFE یک نمونه، یعنی σsd 9 ماده از 11 ماده فراتر می‌رود.این دو استثنا در مقدار PFE بسیار بالا (یعنی ماسک L2 و L3) رخ می دهند.اگرچه نتایج ارائه شده توسط Rengasamy و همکاران.با نشان دادن اینکه تفاوت بین نمونه‌های تکراری کوچک است (یعنی پنج تکرار <0.29%)، [25] موادی را با خواص فیلترینگ شناخته شده بالا که به‌طور خاص برای ساخت ماسک طراحی شده‌اند مورد مطالعه قرار دادند: خود ماده ممکن است یکنواخت‌تر باشد، و آزمایش نیز این است. منطقه محدوده PFE ممکن است سازگارتر باشد.به طور کلی، نتایج به‌دست‌آمده با استفاده از تجهیزات ما با داده‌های PFE و استانداردهای گواهی به‌دست‌آمده توسط محققان دیگر مطابقت دارد.
اگرچه PFE یک شاخص مهم برای اندازه گیری عملکرد یک ماسک است، در این مرحله باید به خوانندگان یادآوری کنیم که یک تجزیه و تحلیل جامع از مواد ماسک آینده باید عوامل دیگری را در نظر بگیرد، یعنی نفوذپذیری مواد (یعنی از طریق افت فشار یا آزمایش فشار تفاضلی. ).مقرراتی در ASTM F2100 و F3502 وجود دارد.قابلیت تنفس قابل قبول برای راحتی کاربر و جلوگیری از نشت لبه ماسک در طول تنفس ضروری است.از آنجایی که PFE و نفوذپذیری هوا در بسیاری از مواد معمولی معمولاً نسبت معکوس دارند، اندازه گیری افت فشار باید همراه با اندازه گیری PFE انجام شود تا عملکرد مواد ماسک به طور کامل ارزیابی شود.
توصیه می‌کنیم که دستورالعمل‌های ساخت تجهیزات PFE مطابق با ASTM F2299 برای بهبود مستمر استانداردها، تولید داده‌های تحقیقاتی قابل مقایسه بین آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و افزایش فیلتراسیون آئروسل ضروری است.فقط به استاندارد NIOSH (یا F3502) تکیه کنید که یک دستگاه واحد (TSI 8130A) را مشخص می کند و محققان را از خرید دستگاه های کلید در دست (به عنوان مثال، سیستم های TSI) محدود می کند.اتکا به سیستم‌های استاندارد شده مانند TSI 8130A برای صدور گواهینامه استاندارد فعلی مهم است، اما توسعه ماسک‌ها، ماسک‌ها، و سایر فناوری‌های فیلتراسیون آئروسل را که برخلاف پیشرفت تحقیقات هستند، محدود می‌کند.شایان ذکر است که استاندارد NIOSH به عنوان روشی برای آزمایش ماسک‌های تنفسی در شرایط سخت مورد انتظار در هنگام نیاز به این تجهیزات توسعه یافته است، اما در مقابل، ماسک‌های جراحی با روش‌های ASTM F2100/F2299 آزمایش می‌شوند.شکل و سبک ماسک‌های اجتماعی بیشتر شبیه ماسک‌های جراحی هستند، این بدان معنا نیست که عملکرد عالی در فیلتراسیون مانند N95 دارند.اگر ماسک های جراحی همچنان مطابق با ASTM F2100/F2299 ارزیابی می شوند، پارچه های معمولی باید با استفاده از روشی نزدیک به ASTM F2100/F2299 آنالیز شوند.علاوه بر این، ASTM F2299 انعطاف‌پذیری بیشتری را در پارامترهای مختلف (مانند سرعت جریان هوا و سرعت سطح در مطالعات بازده فیلتراسیون) اجازه می‌دهد، که ممکن است آن را به یک استاندارد تقریبی برتر در یک محیط تحقیقاتی تبدیل کند.
زمان ارسال: اوت-30-2021