Center of Excellence for Protective Equipment and Materials (CEPEM), 1280 Main St. W., Hamilton, ON, Canada
Brug linket nedenfor til at dele den fulde tekstversion af denne artikel med dine venner og kolleger.Lær mere.
Offentlige sundhedsmyndigheder anbefaler, at lokalsamfund bruger masker til at reducere spredningen af luftbårne sygdomme som COVID-19.Når masken fungerer som et højeffektivt filter, vil spredningen af virussen blive reduceret, så det er vigtigt at evaluere maskens partikelfiltreringseffektivitet (PFE).De høje omkostninger og lange gennemløbstider forbundet med køb af et nøglefærdigt PFE-system eller leje af et akkrediteret laboratorium hindrer dog test af filtermaterialer.Der er helt klart behov for et "tilpasset" PFE-testsystem;dog varierer de forskellige standarder, der foreskriver PFE-test af (medicinske) masker (f.eks. ASTM International, NIOSH) meget i klarheden af deres protokoller og retningslinjer.Her beskrives udviklingen af et "internt" PFE-system og metode til test af masker i sammenhæng med gældende medicinske maskestandarder.Ifølge ASTM internationale standarder bruger systemet latexkugler (0,1 µm nominel størrelse) aerosoler og bruger en laserpartikelanalysator til at måle partikelkoncentrationen opstrøms og nedstrøms for maskematerialet.Udfør PFE-målinger på forskellige almindelige stoffer og medicinske masker.Metoden beskrevet i dette arbejde opfylder de nuværende standarder for PFE-test, samtidig med at den giver fleksibilitet til at tilpasse sig skiftende behov og filtreringsforhold.
Folkesundhedsmyndigheder anbefaler, at den brede befolkning bærer masker for at begrænse spredningen af COVID-19 og andre dråbe- og aerosolbårne sygdomme.[1] Kravet om at bære masker er effektivt til at reducere transmission, og [2] indikerer, at utestede fællesskabsmasker giver nyttig filtrering.Faktisk har modelleringsstudier vist, at reduktionen i COVID-19-transmission er næsten proportional med det kombinerede produkt af maskens effektivitet og adoptionshastighed, og disse og andre befolkningsbaserede foranstaltninger har en synergistisk effekt med hensyn til at reducere hospitalsindlæggelser og dødsfald.[3]
Antallet af certificerede medicinske masker og åndedrætsværn, der kræves af sundhedspleje og andre frontlinjemedarbejdere, er steget dramatisk, hvilket udgør udfordringer for eksisterende fremstillings- og forsyningskæder og får nye producenter til hurtigt at teste og certificere nye materialer.Organisationer som ASTM International og National Institute of Occupational Safety and Health (NIOSH) har udviklet standardiserede metoder til test af medicinske masker;detaljerne i disse metoder varierer dog meget, og hver organisation har etableret sine egne præstationsstandarder.
Partikelfiltreringseffektivitet (PFE) er den vigtigste egenskab ved en maske, fordi den er relateret til dens evne til at filtrere små partikler såsom aerosoler.Medicinske masker skal opfylde specifikke PFE-mål[4-6] for at blive certificeret af regulerende agenturer såsom ASTM International eller NIOSH.Kirurgiske masker er certificeret af ASTM, og N95 åndedrætsværn er certificeret af NIOSH, men begge masker skal passere specifikke PFE-grænseværdier.For eksempel skal N95-masker opnå 95 % filtrering for aerosoler sammensat af saltpartikler med en gennemsnitlig diameter på 0,075 µm, mens ASTM 2100 L3 kirurgiske masker skal opnå 98 % filtrering for aerosoler sammensat af latexkugler med en gennemsnitlig diameter på 0,1 µm filter .
De første to muligheder er dyre (>$1.000 pr. testprøve, anslået til at være >$150.000 for specificeret udstyr), og under COVID-19-pandemien er der forsinkelser på grund af lange leveringstider og forsyningsproblemer.De høje omkostninger ved PFE-testning og begrænsede adgangsrettigheder – kombineret med en mangel på sammenhængende vejledning om standardiserede præstationsevalueringer – har fået forskere til at bruge en række tilpassede testsystemer, som ofte er baseret på en eller flere standarder for certificerede medicinske masker.
Det specielle maskemateriale-testudstyr, der findes i den eksisterende litteratur, svarer normalt til de ovennævnte NIOSH- eller ASTM F2100/F2299-standarder.Forskere har dog mulighed for at vælge eller ændre design eller driftsparametre efter deres præferencer.For eksempel er ændringer i prøveoverfladehastighed, luft/aerosolstrømningshastighed, prøvestørrelse (areal) og aerosolpartikelsammensætning blevet brugt.Mange nyere undersøgelser har brugt tilpasset udstyr til at evaluere maskematerialer.Dette udstyr bruger natriumchlorid-aerosoler og er tæt på NIOSH-standarder.For eksempel har Rogak et al.(2020), Zangmeister et al.(2020), Drunic et al.(2020) og Joo et al.(2021) Alt konstrueret udstyr vil producere natriumchloridaerosol (forskellige størrelser), som neutraliseres af elektrisk ladning, fortyndes med filtreret luft og sendes til materialeprøven, hvor optisk partikelmåler, kondenserede partikler af forskellige Kombineret partikelkoncentrationsmåling [9, 14-16] Konda et al.(2020) og Hao et al.(2020) En lignende enhed blev bygget, men ladningsneutralisatoren var ikke inkluderet.[8, 17] I disse undersøgelser varierede lufthastigheden i prøven mellem 1 og 90 L min-1 (nogle gange for at detektere strømnings-/hastighedseffekter);dog var overfladehastigheden mellem 5,3 og 25 cm s-1 imellem.Prøvestørrelsen synes at variere mellem ≈3,4 og 59 cm2.
Tværtimod er der få undersøgelser af evaluering af maskematerialer gennem udstyr, der anvender latexaerosol, som er tæt på ASTM F2100/F2299-standarden.For eksempel har Bagheri et al.(2021), Shakya et al.(2016) og Lu et al.(2020) Konstruerede en enhed til fremstilling af polystyrenlatexaerosol, som blev fortyndet og sendt til materialeprøver, hvor forskellige partikelanalysatorer eller scanningsmobilitetspartikelstørrelsesanalysatorer blev brugt til at måle partikelkoncentrationen.[18-20] Og Lu et al.En ladningsneutralisator blev brugt nedstrøms for deres aerosolgenerator, og det gjorde forfatterne af de to andre undersøgelser ikke.Luftstrømningshastigheden i prøven ændrede sig også lidt - men inden for grænserne af F2299-standarden - fra ≈7,3 til 19 L min-1.Luftoverfladehastigheden studeret af Bagheri et al.er henholdsvis 2 og 10 cm s–1 (inden for standardområdet).Og Lu et al., og Shakya et al.[18-20] Forfatteren og Shakya et al.testede latexkugler af forskellige størrelser (dvs. samlet set 20 nm til 2500 nm).Og Lu et al.I det mindste i nogle af deres tests bruger de den specificerede 100 nm (0,1 µm) partikelstørrelse.
I dette arbejde beskriver vi de udfordringer, vi står over for ved at skabe en PFE-enhed, der så vidt muligt overholder de eksisterende ASTM F2100/F2299-standarder.Blandt de vigtigste populære standarder (dvs. NIOSH og ASTM F2100/F2299) giver ASTM-standarden større fleksibilitet i parametre (såsom luftstrømningshastighed) for at studere den filtreringsydelse, der kan påvirke PFE i ikke-medicinske masker.Men som vi har vist, giver denne fleksibilitet et yderligere kompleksitetsniveau ved design af sådant udstyr.
Kemikalierne er købt hos Sigma-Aldrich og brugt som de er.Styrenmonomer (≥99%) renses gennem en glaskolonne indeholdende en aluminiumoxidhæmmerfjerner, som er designet til at fjerne tert-butylcatechol.Deioniseret vand (≈0,037 µS cm–1) kommer fra Sartorius Arium vandrensningssystemet.
100 % almindelig vævet bomuld (Muslin CT) med en nominel vægt på 147 gm-2 kommer fra Veratex Lining Ltd., QC, og bambus/spandex-blandingen kommer fra D. Zinman Textiles, QC.Andre kandidatmaterialer til maske kommer fra lokale stofforhandlere (Fabricland).Disse materialer omfatter to forskellige vævede 100 % bomuldsstoffer (med forskellige print), et bomulds/spandex strikket stof, to bomulds/polyester strikkede stoffer (et "universal" og et "sweater stof") og A non-woven bomuld/polypropylen blandet bomuldsplademateriale.Tabel 1 viser en oversigt over kendte stofegenskaber.For at benchmarke det nye udstyr blev certificerede medicinske masker anskaffet fra lokale hospitaler, herunder ASTM 2100 Level 2 (L2) og Level 3 (L3; Halyard) certificerede medicinske masker og N95 respiratorer (3M).
En cirkulær prøve med en diameter på ca. 85 mm blev skåret fra hvert materiale, der skulle testes;der blev ikke foretaget yderligere ændringer af materialet (for eksempel vask).Klem stofløkken i prøveholderen på PFE-enheden til test.Den faktiske diameter af prøven i kontakt med luftstrømmen er 73 mm, og de resterende materialer bruges til at fastgøre prøven tæt.For den samlede maske er den side, der rører ansigtet, væk fra aerosolen i det medfølgende materiale.
Syntese af monodisperse anioniske polystyrenlatexkugler ved emulsionspolymerisation.Ifølge proceduren beskrevet i den tidligere undersøgelse blev reaktionen udført i en semi-batch-måde med monomer-udsultning.[21, 22] Tilsæt deioniseret vand (160 ml) til en 250 ml trehalset rundbundet kolbe og anbring den i et omrørende oliebad.Kolben blev derefter skyllet med nitrogen, og inhibitorfri styrenmonomer (2,1 ml) blev tilsat til den skyllede, omrørte kolbe.Efter 10 minutter ved 70 °C tilsættes natriumlaurylsulfat (0,235 g) opløst i deioniseret vand (8 ml).Efter yderligere 5 minutter blev kaliumpersulfat (0,5 g) opløst i deioniseret vand (2 ml) tilsat.I løbet af de næste 5 timer skal du bruge en sprøjtepumpe til langsomt at injicere yderligere inhibitorfri styren (20 ml) i kolben med en hastighed på 66 µL min-1.Efter at styreninfusionen var afsluttet, fortsatte reaktionen i yderligere 17 timer.Derefter blev kolben åbnet og afkølet for at afslutte polymerisationen.Den syntetiserede polystyrenlatexemulsion blev dialyseret mod deioniseret vand i et SnakeSkin dialyserør (3500 Da molekylvægt cut-off) i fem dage, og det deioniserede vand blev udskiftet hver dag.Fjern emulsionen fra dialyserøret og opbevar den i køleskab ved 4°C indtil brug.
Dynamisk lysspredning (DLS) blev udført med Brookhaven 90Plus analysator, laserbølgelængden var 659 nm, og detektorvinklen var 90°.Brug den indbyggede partikelopløsningssoftware (v2.6; Brookhaven Instruments Corporation) til at analysere dataene.Latexsuspensionen fortyndes med deioniseret vand, indtil partikeltallet er ca. 500 tusinde tællinger pr. sekund (kcps).Partikelstørrelsen blev bestemt til at være 125 ± 3 nm, og den rapporterede polydispersitet var 0,289 ± 0,006.
En ZetaPlus zeta potentialanalysator (Brookhaven Instruments Corp.) blev brugt til at opnå den målte værdi af zeta potentialet i faseanalyse lysspredningstilstanden.Prøven blev fremstillet ved at tilsætte en aliquot af latex til en 5 x 10-3m NaCl-opløsning og fortynde latexsuspensionen igen for at opnå et partikelantal på ca. 500 kcps.Fem gentagne målinger (hver bestående af 30 kørsler) blev udført, hvilket resulterede i en zeta potentialværdi på -55,1 ± 2,8 mV, hvor fejlen repræsenterer standardafvigelsen af gennemsnitsværdien af de fem gentagelser.Disse målinger indikerer, at partiklerne er negativt ladede og danner en stabil suspension.DLS- og zeta-potentiale data kan findes i de understøttende informationstabeller S2 og S3.
Vi byggede udstyret i overensstemmelse med ASTM internationale standarder, som beskrevet nedenfor og vist i figur 1. Enkeltstråle Blaustein forstøvningsmodulet (BLAM; CHTech) aerosolgenerator bruges til at producere aerosoler, der indeholder latexkugler.Den filtrerede luftstrøm (opnået gennem GE Healthcare Whatman 0,3 µm HEPA-CAP og 0,2 µm POLYCAP TF filtre i serie) kommer ind i aerosolgeneratoren ved et tryk på 20 psi (6,9 kPa) og forstøver en del af 5 mg L-1 suspension Væsken sprøjtes ind i udstyrets latexkugle gennem en sprøjtepumpe (KD Scientific Model 100).De aerosoliserede våde partikler tørres ved at lede luftstrømmen, der forlader aerosolgeneratoren, gennem en rørformet varmeveksler.Varmeveksleren består af et 5/8” rustfrit stålrør viklet med en 8 fod lang varmespiral.Effekten er 216 W (BriskHeat).Ifølge dens justerbare drejeknap er varmeeffekten indstillet til 40 % af enhedens maksimale værdi (≈86 W);dette giver en gennemsnitlig ydervægstemperatur på 112 °C (standardafvigelse ≈1 °C), som bestemmes af et overflademonteret termoelement (Taylor USA) måling.Figur S4 i den understøttende information opsummerer varmerens ydeevne.
De tørrede forstøvede partikler blandes derefter med et større volumen filtreret luft for at opnå en samlet luftstrøm på 28,3 L min-1 (det vil sige 1 kubikfod pr. minut).Denne værdi blev valgt, fordi den er den nøjagtige strømningshastighed af laserpartikelanalysatorinstrumentets prøveudtagning nedstrøms for systemet.Luftstrømmen, der bærer latexpartiklerne, sendes til et af to identiske lodrette kamre (dvs. glatvæggede rustfrie stålrør): et "kontrol" kammer uden maskemateriale eller et cirkulært skåret "prøve" kammer, der kan bruges aftagelig. Prøveholderen er indsat uden for stoffet.Den indvendige diameter af de to kamre er 73 mm, hvilket svarer til prøveholderens indvendige diameter.Prøveholderen bruger rillede ringe og forsænkede bolte til at forsegle maskematerialet tæt, og indsæt derefter det aftagelige beslag i mellemrummet i prøvekammeret og forsegl det tæt i enheden med gummipakninger og klemmer (Figur S2, supportinformation).
Diameteren af stofprøven i kontakt med luftstrømmen er 73 mm (areal = 41,9 cm2);den er forseglet i prøvekammeret under testen.Luftstrømmen, der forlader "kontrol"- eller "prøve"-kammeret, overføres til en laserpartikelanalysator (partikelmålesystem LASAIR III 110) for at måle antallet og koncentrationen af latexpartikler.Partikelanalysatoren specificerer de nedre og øvre grænser for partikelkoncentration, henholdsvis 2 × 10-4 og ≈34 partikler pr. kubikfod (7 og ≈950.000 partikler pr. kubikfod).Til måling af latexpartikelkoncentration rapporteres partikelkoncentrationen i en "kasse" med en nedre grænse og en øvre grænse på 0,10-0,15 µm, svarende til den omtrentlige størrelse af singlet latexpartikler i aerosolen.Der kan dog anvendes andre beholderstørrelser, og flere beholdere kan evalueres på samme tid med en maksimal partikelstørrelse på 5 µm.
Udstyret omfatter også andet udstyr, såsom udstyr til gennemskylning af kammer og partikelanalysator med ren filtreret luft, samt nødvendige ventiler og instrumenter (Figur 1).De komplette rør- og instrumentdiagrammer er vist i figur S1 og tabel S1 i den understøttende information.
Under eksperimentet blev latexsuspensionen sprøjtet ind i aerosolgeneratoren med en strømningshastighed på ≈60 til 100 µL min-1 for at opretholde en stabil partikeloutput, ca. 14-25 partikler pr. kubikcentimeter (400.000-per kubikcentimeter) 700 000 partikler).Fødder) i en beholder med en størrelse på 0,10-0,15 µm.Dette flowhastighedsområde er påkrævet på grund af de observerede ændringer i koncentrationen af latexpartikler nedstrøms for aerosolgeneratoren, hvilket kan tilskrives ændringer i mængden af latexsuspension opfanget af aerosolgeneratorens væskefælde.
For at måle PFE af en given stofprøve overføres latexpartikelaerosolen først gennem kontrolrummet og ledes derefter til partikelanalysatoren.Mål kontinuerligt koncentrationen af tre partikler i hurtig rækkefølge, som hver varer et minut.Partikelanalysatoren rapporterer den tidsgennemsnitlige koncentration af partikler under analysen, det vil sige den gennemsnitlige koncentration af partikler i et minut (28,3 L) af prøven.Efter at have taget disse basislinjemålinger for at etablere et stabilt partikelantal og gasstrømningshastighed, overføres aerosolen til prøvekammeret.Når først systemet når ligevægt (normalt 60-90 sekunder), tages yderligere tre på hinanden følgende ét minuts målinger i hurtig rækkefølge.Disse prøvemålinger repræsenterer koncentrationen af partikler, der passerer gennem stofprøven.Efterfølgende, ved at splitte aerosolstrømmen tilbage til kontrolrummet, blev der taget yderligere tre partikelkoncentrationsmålinger fra kontrolrummet for at verificere, at opstrøms partikelkoncentrationen ikke ændrede sig væsentligt under hele prøveevalueringsprocessen.Da designet af de to kamre er det samme - bortset fra at prøvekammeret kan rumme prøveholderen - kan strømningsforholdene i kammeret betragtes som de samme, så koncentrationen af partikler i gassen, der forlader kontrolkammeret og prøvekammeret kan sammenlignes.
For at opretholde levetiden af partikelanalysatorinstrumentet og fjerne aerosolpartiklerne i systemet mellem hver test, skal du bruge en HEPA-filtreret luftstråle til at rense partikelanalysatoren efter hver måling og rense prøvekammeret, før du udskifter prøver.Se venligst figur S1 i supportinformationen for et skematisk diagram af luftskylningssystemet på PFE-enheden.
Denne beregning repræsenterer en enkelt "gentagen" PFE-måling for en enkelt materialeprøve og svarer til PFE-beregningen i ASTM F2299 (ligning (2)).
Materialerne skitseret i §2.1 blev udfordret med latexaerosoler ved brug af PFE-udstyret beskrevet i §2.3 for at bestemme deres egnethed som maskematerialer.Figur 2 viser aflæsningerne opnået fra partikelkoncentrationsanalysatoren, og PFE-værdierne for sweaterstoffer og pladevatmaterialer måles på samme tid.Der blev udført tre prøveanalyser for i alt to materialer og seks gentagelser.Det er klart, at den første aflæsning i et sæt af tre aflæsninger (skraveret med en lysere farve) normalt er forskellig fra de to andre aflæsninger.For eksempel adskiller den første aflæsning sig fra gennemsnittet af de to andre aflæsninger i de 12-15 tripler i figur 2 med mere end 5 %.Denne observation er relateret til balancen mellem aerosolholdig luft, der strømmer gennem partikelanalysatoren.Som diskuteret i Materialer og metoder blev ligevægtsaflæsningerne (anden og tredje kontrol- og prøveaflæsninger) brugt til at beregne PFE i henholdsvis mørkeblå og røde nuancer i figur 2.Samlet set er den gennemsnitlige PFE-værdi for de tre replikater 78 % ± 2 % for sweaterstof og 74 % ± 2 % for bomuldsvatmateriale.
For at benchmarke systemets ydeevne blev ASTM 2100 certificerede medicinske masker (L2, L3) og NIOSH respiratorer (N95) også evalueret.ASTM F2100-standarden indstiller sub-mikron partikelfiltreringseffektiviteten for 0,1 µm partikler af niveau 2- og niveau 3-masker til at være henholdsvis ≥ 95 % og ≥ 98 %.[5] Tilsvarende skal NIOSH-certificerede N95-respiratorer vise en filtreringseffektivitet på ≥95 % for forstøvede NaCl-nanopartikler med en gennemsnitlig diameter på 0,075 µm.[24] Rengasamy et al.Ifølge rapporter viser lignende N95-masker en PFE-værdi på 99,84%-99,98%, [25] Zangmeister et al.Ifølge rapporter producerer deres N95 en minimumsfiltreringseffektivitet på mere end 99,9 %, [14], mens Joo et al.Ifølge rapporter producerede 3M N95-masker 99% af PFE (300 nm-partikler), [16] og Hao et al.Den rapporterede N95 PFE (300 nm partikler) er 94,4%.[17] For de to N95-masker udfordret af Shakya et al.med 0,1 µm latexkugler faldt PFE groft mellem 80% og 100%.[19] Når Lu et al.Ved at bruge latexkugler af samme størrelse til at evaluere N95-masker rapporteres den gennemsnitlige PFE at være 93,8 %.[20] Resultaterne opnået med det udstyr, der er beskrevet i dette arbejde, viser, at N95-maskens PFE er 99,2 ± 0,1 %, hvilket er i god overensstemmelse med de fleste tidligere undersøgelser.
Kirurgiske masker er også blevet testet i flere undersøgelser.De kirurgiske masker af Hao et al.viste en PFE (300 nm partikler) på 73,4%, [17], mens de tre kirurgiske masker testet af Drewnick et al.Den producerede PFE varierer fra ca. 60 % til næsten 100 %.[15] (Sidstnævnte maske kan være en certificeret model.) Zangmeister et al.Ifølge rapporter er den minimale filtreringseffektivitet for de to testede kirurgiske masker kun lidt højere end 30 %, [14] langt lavere end de kirurgiske masker testet i denne undersøgelse.Tilsvarende er den "blå kirurgiske maske", testet af Joo et al.Bevis, at PFE (300 nm partikler) kun er 22%.[16] Shakya et al.rapporterede, at PFE for kirurgiske masker (ved anvendelse af 0,1 µm latexpartikler) faldt groft med 60-80 %.[19] Ved at bruge latexkugler af samme størrelse producerede Lu et al.s kirurgiske maske et gennemsnitligt PFE-resultat på 80,2 %.[20] Til sammenligning er PFE for vores L2-maske 94,2 ± 0,6%, og PFE for L3-masken er 94,9 ± 0,3%.Selvom disse PFE'er overgår mange PFE'er i litteraturen, skal vi bemærke, at der næsten ikke er noget certificeringsniveau nævnt i den tidligere forskning, og vores kirurgiske masker har opnået niveau 2 og niveau 3 certificering.
På samme måde som kandidatmaskematerialerne i figur 2 blev analyseret, blev der udført tre tests på de andre seks materialer for at bestemme deres egnethed i masken og demonstrere PFE-anordningens funktion.Figur 3 plotter PFE-værdierne for alle testede materialer og sammenligner dem med PFE-værdierne opnået ved at evaluere certificerede L3- og N95-maskematerialer.Fra de 11 masker/kandidatmaskematerialer, der er udvalgt til dette arbejde, kan en bred vifte af PFE-ydeevne tydeligt ses, lige fra ≈10 % til tæt på 100 %, i overensstemmelse med andre undersøgelser, [8, 9, 15] og industrideskriptorer Der er ingen klar sammenhæng mellem PFE og PFE.For eksempel udviser materialer med lignende sammensætning (to 100 % bomuldsprøver og bomuldsmuslin) meget forskellige PFE-værdier (henholdsvis 14 %, 54 % og 13 %).Men det er vigtigt, at lav ydeevne (f.eks. 100 % bomuld A; PFE ≈ 14 %), medium ydeevne (f.eks. 70 %/30 % bomuld/polyesterblanding; PFE ≈ 49 %) og høj ydeevne (f.eks. sweater Stof: PFE ≈ 78%) Stoffet kan tydeligt identificeres ved hjælp af PFE-udstyret beskrevet i dette arbejde.Især trøjestoffer og bomuldsvatmaterialer klarede sig meget godt, med PFE'er fra 70 % til 80 %.Sådanne højtydende materialer kan identificeres og analyseres mere detaljeret for at forstå de egenskaber, der bidrager til deres høje filtreringsydelse.Vi vil dog minde om, at fordi PFE-resultaterne for materialer med lignende branchebeskrivelser (dvs. bomuldsmaterialer) er meget forskellige, indikerer disse data ikke, hvilke materialer der er almindeligt anvendelige til stofmasker, og vi har ikke til hensigt at udlede egenskaberne - materiale kategorier.Præstationsforholdet.Vi giver specifikke eksempler for at demonstrere kalibrering, viser, at målingen dækker hele rækken af mulig filtreringseffektivitet, og angiver størrelsen af målefejlen.
Vi opnåede disse PFE-resultater for at bevise, at vores udstyr har en bred vifte af målemuligheder, lav fejl og sammenlignet med data opnået i litteraturen.For eksempel har Zangmeister et al.PFE-resultaterne for adskillige vævede bomuldsstoffer (f.eks. "Cotton 1-11″) (89 til 812 tråde pr. tomme) er rapporteret.I 9 af de 11 materialer varierer "minimum filtreringseffektivitet" fra 0% til 25%;PFE for de to andre materialer er omkring 32%.[14] Tilsvarende har Konda et al.PFE-dataene for to bomuldsstoffer (80 og 600 TPI; 153 og 152 gm-2) er rapporteret.PFE varierer fra henholdsvis 7 % til 36 % og 65 % til 85 %.I undersøgelsen af Drewnick et al., i enkeltlags bomuldsstoffer (dvs. bomuld, bomuldsstrik, moleton; 139–265 TPI; 80–140 gm–2), er området for materiale PFE omkring 10 % til 30 %.I studiet af Joo et al. har deres 100% bomuldsmateriale en PFE på 8% (300 nm partikler).Bagheri et al.brugte polystyrenlatexpartikler på 0,3 til 0,5 µm.PFE af seks bomuldsmaterialer (120-200 TPI; 136-237 gm-2) blev målt, varierende fra 0% til 20%.[18] Derfor er de fleste af disse materialer i god overensstemmelse med PFE-resultaterne for vores tre bomuldsstoffer (dvs. Veratex Muslin CT, Fabric Store Cottons A og B), og deres gennemsnitlige filtreringseffektivitet er henholdsvis 13 %, 14 %.54 %.Disse resultater indikerer, at der er store forskelle mellem bomuldsmaterialer, og at de materialeegenskaber, der fører til høj PFE (dvs. Konda et al.s 600 TPI bomuld; vores bomuld B) er dårligt forstået.
Når vi foretager disse sammenligninger, indrømmer vi, at det er svært at finde materialer testet i litteraturen, som har de samme egenskaber (dvs. materialesammensætning, vævning og strikning, TPI, vægt osv.) med de materialer, der er testet i denne undersøgelse, og kan derfor ikke direkte sammenlignes.Derudover gør forskellene i forfatternes anvendte instrumenter og den manglende standardisering det svært at lave gode sammenligninger.Ikke desto mindre er det klart, at forholdet mellem ydelse og ydelse af almindelige stoffer ikke er godt forstået.Materialerne vil blive yderligere testet med standardiseret, fleksibelt og pålideligt udstyr (såsom udstyret beskrevet i dette arbejde) for at bestemme disse sammenhænge.
Selvom der er en total statistisk fejl (0-5%) mellem en enkelt replikat (0-4%) og prøverne analyseret i tre eksemplarer, viste det udstyr, der blev foreslået i dette arbejde, sig at være et effektivt værktøj til at teste PFE af forskellige materialer.Almindelige stoffer til certificerbare medicinske masker.Det er værd at bemærke, at blandt de 11 materialer, der er testet for figur 3, overstiger udbredelsesfejlen σprop standardafvigelsen mellem PFE-målingerne af en enkelt prøve, det vil sige σsd for 9 ud af 11 materialer;disse to undtagelser forekommer i meget høj PFE-værdi (dvs. L2- og L3-maske).Selvom resultaterne præsenteret af Rengasamy et al.De viste, at forskellen mellem gentagne prøver er lille (dvs. fem gentagelser <0,29%), [25] undersøgte materialer med høje kendte filtreringsegenskaber designet specifikt til maskefremstilling: selve materialet kan være mere ensartet, og testen er også område af PFE-området kan være mere konsistent.Overordnet set er resultaterne opnået ved brug af vores udstyr i overensstemmelse med PFE-data og certificeringsstandarder opnået af andre forskere.
Selvom PFE er en vigtig indikator til at måle ydeevnen af en maske, skal vi på dette tidspunkt minde læserne om, at en omfattende analyse af fremtidige maskematerialer skal tage hensyn til andre faktorer, det vil sige materialegennemtrængelighed (det vil sige gennem trykfald eller differenstryktest ).Der er regler i ASTM F2100 og F3502.Acceptabel åndbarhed er afgørende for brugerens komfort og for at forhindre lækage af maskekanten under vejrtrækningen.Da PFE og luftgennemtrængeligheden af mange almindelige materialer normalt er omvendt proportional, bør trykfaldsmålingen udføres sammen med PFE-målingen for mere fuldstændigt at evaluere maskematerialets ydeevne.
Vi anbefaler, at retningslinjer for konstruktion af PFE-udstyr i overensstemmelse med ASTM F2299 er afgørende for løbende forbedring af standarder, generering af forskningsdata, der kan sammenlignes mellem forskningslaboratorier, og forbedring af aerosolfiltrering.Stol kun på NIOSH (eller F3502) standarden, som specificerer en enkelt enhed (TSI 8130A) og begrænser forskere fra at købe nøglefærdige enheder (for eksempel TSI-systemer).Tillid til standardiserede systemer såsom TSI 8130A er vigtig for den nuværende standardcertificering, men det begrænser udviklingen af masker, åndedrætsværn og andre aerosolfiltreringsteknologier, der er i modstrid med forskningsfremskridt.Det er værd at bemærke, at NIOSH-standarden blev udviklet som en metode til at teste åndedrætsværn under de barske forhold, der forventes, når dette udstyr er nødvendigt, men i modsætning hertil testes kirurgiske masker ved ASTM F2100/F2299-metoder.Formen og stilen af samfundsmasker ligner mere kirurgiske masker, hvilket ikke betyder, at de har fremragende filtreringseffektivitet som N95.Hvis kirurgiske masker stadig vurderes i overensstemmelse med ASTM F2100/F2299, bør almindelige stoffer analyseres ved hjælp af en metode, der er tættere på ASTM F2100/F2299.Derudover giver ASTM F2299 mulighed for yderligere fleksibilitet i forskellige parametre (såsom luftstrømningshastighed og overfladehastighed i undersøgelser af filtreringseffektivitet), hvilket kan gøre det til en omtrentlig overlegen standard i et forskningsmiljø.
Indlægstid: 30. august 2021