Trung tâm Xuất sắc về Thiết bị và Vật liệu Bảo vệ (CEPEM), 1280 Main St. W., Hamilton, ON, Canada
Sử dụng liên kết bên dưới để chia sẻ phiên bản đầy đủ của bài viết này với bạn bè và đồng nghiệp của bạn.tìm hiểu thêm.
Các cơ quan y tế công cộng khuyến cáo cộng đồng sử dụng khẩu trang để giảm lây lan các bệnh qua đường không khí như COVID-19.Khi mặt nạ hoạt động như một bộ lọc hiệu quả cao, sự lây lan của vi rút sẽ giảm, vì vậy điều quan trọng là phải đánh giá hiệu quả lọc hạt (PFE) của mặt nạ.Tuy nhiên, chi phí cao và thời gian thực hiện lâu liên quan đến việc mua một hệ thống PFE chìa khóa trao tay hoặc thuê một phòng thí nghiệm được công nhận đã cản trở việc thử nghiệm vật liệu lọc.Rõ ràng là cần có một hệ thống kiểm tra PFE “tùy chỉnh”;tuy nhiên, các tiêu chuẩn khác nhau quy định việc kiểm tra PFE đối với khẩu trang (y tế) (ví dụ: ASTM International, NIOSH) khác nhau rất nhiều về độ rõ ràng của các giao thức và hướng dẫn của chúng.Ở đây, mô tả sự phát triển của hệ thống PFE “nội bộ” và phương pháp kiểm tra khẩu trang theo tiêu chuẩn khẩu trang y tế hiện hành.Theo tiêu chuẩn quốc tế ASTM, hệ thống sử dụng bình xịt dạng quả cầu latex (kích thước danh nghĩa 0,1 µm) và sử dụng máy phân tích hạt laser để đo nồng độ hạt ở thượng và hạ lưu của vật liệu mặt nạ.Thực hiện các phép đo PFE trên các loại vải thông thường và khẩu trang y tế.Phương pháp được mô tả trong tài liệu này đáp ứng các tiêu chuẩn hiện hành của thử nghiệm PFE, đồng thời cung cấp tính linh hoạt để thích ứng với các nhu cầu thay đổi và điều kiện lọc.
Các cơ quan y tế công cộng khuyến cáo người dân nói chung đeo khẩu trang để hạn chế sự lây lan của COVID-19 và các bệnh lây truyền qua giọt và khí dung khác.[1] Yêu cầu đeo khẩu trang có hiệu quả trong việc giảm lây truyền và [2] chỉ ra rằng khẩu trang cộng đồng chưa được kiểm tra cung cấp khả năng lọc hữu ích.Trên thực tế, các nghiên cứu mô hình hóa đã chỉ ra rằng việc giảm sự lây truyền COVID-19 gần như tỷ lệ thuận với sản phẩm kết hợp giữa hiệu quả của mặt nạ và tỷ lệ áp dụng, và những biện pháp này và các biện pháp dựa trên dân số khác có tác dụng hiệp đồng trong việc giảm tỷ lệ nhập viện và tử vong.[3]
Số lượng khẩu trang và khẩu trang y tế được chứng nhận mà nhân viên y tế và các nhân viên tuyến đầu khác yêu cầu đã tăng lên đáng kể, đặt ra thách thức đối với chuỗi sản xuất và cung ứng hiện tại, đồng thời khiến các nhà sản xuất mới phải nhanh chóng thử nghiệm và chứng nhận các vật liệu mới.Các tổ chức như ASTM International và Viện Quốc gia về An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp (NIOSH) đã phát triển các phương pháp tiêu chuẩn hóa để kiểm tra khẩu trang y tế;tuy nhiên, chi tiết của các phương pháp này rất khác nhau và mỗi tổ chức đã thiết lập các tiêu chuẩn thực hiện của riêng mình.
Hiệu quả lọc hạt (PFE) là đặc tính quan trọng nhất của mặt nạ vì nó liên quan đến khả năng lọc các hạt nhỏ như sol khí.Khẩu trang y tế phải đáp ứng các chỉ tiêu PFE cụ thể [4-6] để được các cơ quan quản lý như ASTM International hoặc NIOSH chứng nhận.Mặt nạ phẫu thuật được chứng nhận bởi ASTM và mặt nạ phòng độc N95 được chứng nhận bởi NIOSH, nhưng cả hai mặt nạ phải vượt qua các giá trị giới hạn PFE cụ thể.Ví dụ: khẩu trang N95 phải đạt được độ lọc 95% đối với các bình xịt bao gồm các hạt muối có đường kính trung bình đếm được là 0,075 µm, trong khi khẩu trang phẫu thuật ASTM 2100 L3 phải đạt được mức lọc 98% đối với các bình xịt bao gồm bóng cao su có đường kính trung bình là Bộ lọc 0,1 µm. .
Hai lựa chọn đầu tiên đắt tiền (> 1.000 đô la cho mỗi mẫu thử nghiệm, ước tính là> 150.000 đô la cho thiết bị cụ thể) và trong đại dịch COVID-19, có sự chậm trễ do thời gian giao hàng lâu và các vấn đề về nguồn cung cấp.Chi phí cao của thử nghiệm PFE và quyền truy cập hạn chế - kết hợp với việc thiếu hướng dẫn thống nhất về đánh giá hiệu suất được tiêu chuẩn hóa - đã khiến các nhà nghiên cứu sử dụng nhiều hệ thống thử nghiệm tùy chỉnh, thường dựa trên một hoặc nhiều tiêu chuẩn cho khẩu trang y tế được chứng nhận.
Thiết bị kiểm tra chất liệu mặt nạ đặc biệt được tìm thấy trong các tài liệu hiện có thường tương tự như các tiêu chuẩn NIOSH hoặc ASTM F2100 / F2299 đã đề cập ở trên.Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu có cơ hội lựa chọn hoặc thay đổi thiết kế hoặc các thông số vận hành theo sở thích của họ.Ví dụ, các thay đổi về vận tốc bề mặt mẫu, tốc độ dòng khí / aerosol, kích thước (diện tích) mẫu và thành phần hạt aerosol đã được sử dụng.Nhiều nghiên cứu gần đây đã sử dụng thiết bị tùy chỉnh để đánh giá chất liệu mặt nạ.Các thiết bị này sử dụng bình xịt natri clorua và gần với tiêu chuẩn NIOSH.Ví dụ, Rogak et al.(2020), Zangmeister và cộng sự.(2020), Drunic và cộng sự.(2020) và Joo et al.(2021) Tất cả các thiết bị được xây dựng sẽ tạo ra sol khí natri clorua (nhiều kích cỡ khác nhau), được trung hòa bằng điện tích, được pha loãng với không khí đã lọc và được gửi đến mẫu vật liệu, nơi chất làm mịn hạt quang học, các hạt ngưng tụ của nhiều phép đo nồng độ hạt kết hợp [9, 14-16] Konda và cộng sự.(2020) và Hao et al.(2020) Một thiết bị tương tự đã được chế tạo, nhưng bộ trung hòa điện tích không được bao gồm.[8, 17] Trong các nghiên cứu này, tốc độ không khí trong mẫu thay đổi trong khoảng từ 1 đến 90 L min-1 (đôi khi để phát hiện các hiệu ứng lưu lượng / vận tốc);tuy nhiên, vận tốc bề mặt giữa 5,3 và 25 cm s-1.Kích thước mẫu dường như thay đổi trong khoảng ≈3,4 đến 59 cm2.
Ngược lại, có rất ít nghiên cứu đánh giá chất liệu mặt nạ thông qua thiết bị sử dụng khí dung latex gần đạt tiêu chuẩn ASTM F2100 / F2299.Ví dụ, Bagheri et al.(2021), Shakya và cộng sự.(2016) và Lu et al.(2020) Đã chế tạo một thiết bị sản xuất bình xịt cao su polystyrene, được pha loãng và gửi đến các mẫu vật liệu, nơi các máy phân tích hạt khác nhau hoặc máy phân tích kích thước hạt lưu động quét được sử dụng để đo nồng độ hạt.[18-20] Và Lu et al.Một bộ trung hòa điện tích đã được sử dụng ở phía dưới máy tạo khí dung của họ, và các tác giả của hai nghiên cứu kia thì không.Tốc độ dòng khí trong mẫu cũng thay đổi một chút - nhưng trong giới hạn của tiêu chuẩn F2299 - từ ≈7,3 đến 19 L min-1.Vận tốc bề mặt không khí được nghiên cứu bởi Bagheri et al.tương ứng là 2 và 10 cm s – 1 (trong phạm vi tiêu chuẩn).Và Lu và cộng sự, và Shakya và cộng sự.[18-20] Ngoài ra, tác giả và Shakya et al.đã thử nghiệm các quả cầu latex có nhiều kích cỡ khác nhau (tức là tổng thể, từ 20 nm đến 2500 nm).Và Lu et al.Ít nhất trong một số thử nghiệm của họ, họ sử dụng kích thước hạt 100 nm (0,1 µm) được chỉ định.
Trong công việc này, chúng tôi mô tả những thách thức mà chúng tôi phải đối mặt trong việc tạo ra một thiết bị PFE phù hợp với tiêu chuẩn ASTM F2100 / F2299 hiện có càng nhiều càng tốt.Trong số các tiêu chuẩn phổ biến chính (tức là NIOSH và ASTM F2100 / F2299), tiêu chuẩn ASTM cung cấp tính linh hoạt hơn trong các thông số (chẳng hạn như tốc độ dòng khí) để nghiên cứu hiệu suất lọc có thể ảnh hưởng đến PFE trong khẩu trang không dùng trong y tế.Tuy nhiên, như chúng tôi đã chứng minh, tính linh hoạt này cung cấp thêm mức độ phức tạp trong việc thiết kế các thiết bị như vậy.
Các hóa chất được mua từ Sigma-Aldrich và được sử dụng như hiện nay.Styrene monome (≥99%) được tinh chế qua cột thủy tinh có chứa chất khử chất ức chế alumin, được thiết kế để loại bỏ tert-butylcatechol.Nước khử ion (≈0.037 µS cm – 1) đến từ hệ thống lọc nước Sartorius Arium.
Vải dệt trơn 100% cotton (Muslin CT) với trọng lượng danh nghĩa là 147 gm-2 đến từ Veratex Lining Ltd., QC, và hỗn hợp tre / spandex đến từ D. Zinman Textiles, QC.Các nguyên liệu mặt nạ ứng cử viên khác đến từ các nhà bán lẻ vải địa phương (Fabricland).Các vật liệu này bao gồm hai loại vải dệt thoi 100% cotton khác nhau (với các hình in khác nhau), một loại vải dệt kim cotton / spandex, hai loại vải dệt kim cotton / polyester (một loại “phổ thông” và một loại “vải áo len”) và một loại vải không dệt pha / polypropylene chất liệu bông đánh bóng.Bảng 1 trình bày tóm tắt các đặc tính của vải đã biết.Để đánh giá thiết bị mới, khẩu trang y tế được chứng nhận đã được lấy từ các bệnh viện địa phương, bao gồm khẩu trang y tế được chứng nhận ASTM 2100 Cấp 2 (L2) và Cấp 3 (L3; Halyard) và khẩu trang N95 (3M).
Một mẫu hình tròn có đường kính khoảng 85 mm được cắt ra từ mỗi vật liệu cần thử nghiệm;không có sửa đổi nào được thực hiện đối với vật liệu (ví dụ, giặt).Kẹp vòng vải vào ngăn chứa mẫu của thiết bị PFE để thử nghiệm.Đường kính thực của mẫu tiếp xúc với luồng không khí là 73 mm, các vật liệu còn lại được dùng để cố định chặt mẫu.Đối với mặt nạ đã lắp ráp, mặt tiếp xúc với mặt cách xa bình xịt của vật liệu được cung cấp.
Tổng hợp các quả cầu latex polystyrene đơn phân tán anion bằng phản ứng trùng hợp nhũ tương.Theo quy trình được mô tả trong nghiên cứu trước, phản ứng được thực hiện ở chế độ bỏ đói monomer một nửa.[21, 22] Thêm nước đã khử ion (160 mL) vào bình cầu đáy tròn ba cổ dung tích 250 mL và đặt nó vào bể dầu đang khuấy.Sau đó, bình được làm sạch bằng nitơ và monome styren không có chất ức chế (2,1 mL) được thêm vào bình đã được khuấy và tẩy.Sau 10 phút ở 70 ° C, thêm natri lauryl sulfat (0,235 g) hòa tan trong nước khử ion (8 mL).Sau 5 phút nữa, kali persulfat (0,5 g) hòa tan trong nước khử ion (2 mL) được thêm vào.Trong 5 giờ tiếp theo, sử dụng bơm tiêm để bơm từ từ thêm styren không chứa chất ức chế (20 mL) vào bình với tốc độ 66 µL min-1.Sau khi truyền styren hoàn tất, phản ứng tiếp tục trong 17 giờ nữa.Sau đó mở bình và làm lạnh để kết thúc phản ứng trùng hợp.Nhũ tương cao su polystyrene tổng hợp được thẩm tách với nước khử ion trong ống thẩm tách SnakeSkin (cắt khối lượng phân tử 3500 Da) trong năm ngày, và nước đã khử ion được thay thế mỗi ngày.Lấy nhũ tương ra khỏi ống thẩm tách và bảo quản trong tủ lạnh ở 4 ° C cho đến khi sử dụng.
Tán xạ ánh sáng động (DLS) được thực hiện với máy phân tích Brookhaven 90Plus, bước sóng laser là 659 nm và góc phát hiện là 90 °.Sử dụng phần mềm giải pháp hạt tích hợp sẵn (v2.6; Brookhaven Instruments Corporation) để phân tích dữ liệu.Hỗn dịch latex được pha loãng với nước khử ion cho đến khi số lượng hạt xấp xỉ 500 nghìn hạt mỗi giây (kcps).Kích thước hạt được xác định là 125 ± 3 nm, và độ đa phân tán được báo cáo là 0,289 ± 0,006.
Một máy phân tích điện thế zeta của ZetaPlus (Brookhaven Instruments Corp.) đã được sử dụng để thu được giá trị đo được của điện thế zeta trong chế độ tán xạ ánh sáng phân tích pha.Mẫu được chuẩn bị bằng cách thêm một lượng latex vào dung dịch NaCl 5 × 10-3m và pha loãng huyền phù latex một lần nữa để đạt được số lượng hạt xấp xỉ 500 kcps.Năm phép đo lặp lại (mỗi lần gồm 30 lần chạy) đã được thực hiện, dẫn đến giá trị điện thế zeta là -55,1 ± 2,8 mV, trong đó sai số thể hiện độ lệch chuẩn của giá trị trung bình của năm lần lặp lại.Các phép đo này chỉ ra rằng các hạt mang điện tích âm và tạo thành một hệ thống huyền phù ổn định.Dữ liệu tiềm năng DLS và zeta có thể được tìm thấy trong bảng thông tin hỗ trợ S2 và S3.
Chúng tôi đã chế tạo thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn ASTM International, như được mô tả bên dưới và thể hiện trong Hình 1. Máy tạo khí dung mô-đun nguyên tử hóa Blaustein một tia (BLAM; CHTech) được sử dụng để sản xuất bình xịt chứa bóng latex.Dòng khí đã lọc (thu được thông qua bộ lọc GE Healthcare Whatman 0,3 µm HEPA-CAP và 0,2 µm POLYCAP TF mắc nối tiếp) đi vào máy tạo khí dung ở áp suất 20 psi (6,9 kPa) và nguyên tử hóa một phần của 5 mg L-1 huyền phù Chất lỏng được bơm vào bóng cao su của thiết bị thông qua bơm tiêm (KD Scientific Model 100).Các hạt ướt trong aerosol được làm khô bằng cách đi qua dòng không khí rời khỏi máy tạo aerosol thông qua một bộ trao đổi nhiệt dạng ống.Bộ trao đổi nhiệt bao gồm một ống thép không gỉ 5/8 ”quấn với một cuộn dây sưởi dài 8 feet.Đầu ra là 216 W (BriskHeat).Theo nút xoay có thể điều chỉnh của nó, đầu ra của bộ gia nhiệt được đặt thành 40% giá trị tối đa của thiết bị (≈86 W);nhiệt độ này tạo ra nhiệt độ tường ngoài trung bình là 112 ° C (độ lệch chuẩn ≈1 ° C), được xác định bằng phép đo cặp nhiệt điện gắn trên bề mặt (Taylor Hoa Kỳ).Hình S4 trong thông tin hỗ trợ tóm tắt hiệu suất của lò sưởi.
Sau đó, các hạt nguyên tử hóa được làm khô được trộn với một thể tích không khí đã lọc lớn hơn để đạt được tổng tốc độ dòng khí là 28,3 L min-1 (nghĩa là 1 foot khối mỗi phút).Giá trị này được chọn vì nó là tốc độ dòng chảy chính xác của dụng cụ phân tích hạt laser lấy mẫu ở hạ lưu của hệ thống.Luồng không khí mang các hạt latex được gửi đến một trong hai buồng thẳng đứng giống hệt nhau (tức là các ống thép không gỉ có thành nhẵn): buồng “điều khiển” không có vật liệu mặt nạ, hoặc buồng chứa mẫu cắt hình tròn có thể tháo rời được. được chèn bên ngoài vải.Đường kính trong của hai khoang là 73 mm, khớp với đường kính trong của giá đỡ mẫu.Giá đỡ mẫu sử dụng các vòng có rãnh và bu lông lõm để bịt chặt vật liệu mặt nạ, sau đó lắp giá đỡ có thể tháo rời vào khe hở của buồng mẫu, và gắn chặt vào thiết bị bằng các miếng đệm và kẹp cao su (Hình S2, thông tin hỗ trợ).
Đường kính của mẫu vải tiếp xúc với luồng gió là 73 mm (diện tích = 41,9 cm2);nó được niêm phong trong buồng mẫu trong quá trình thử nghiệm.Luồng không khí rời khỏi buồng “điều khiển” hoặc “mẫu” được chuyển đến máy phân tích hạt bằng laser (hệ thống đo hạt LASAIR III 110) để đo số lượng và nồng độ của các hạt latex.Máy phân tích hạt chỉ định giới hạn dưới và trên của nồng độ hạt, lần lượt là 2 × 10-4 và ≈34 hạt trên foot khối (7 và ≈950 000 hạt trên foot khối).Đối với phép đo nồng độ hạt latex, nồng độ hạt được báo cáo trong một “hộp” có giới hạn dưới và giới hạn trên là 0,10–0,15 µm, tương ứng với kích thước gần đúng của các hạt latex đơn trong bình xịt.Tuy nhiên, có thể sử dụng các kích thước thùng khác và có thể đánh giá nhiều thùng cùng một lúc, với kích thước hạt tối đa là 5 µm.
Thiết bị này cũng bao gồm các thiết bị khác, chẳng hạn như thiết bị để xả buồng và máy phân tích hạt bằng không khí đã lọc sạch, cũng như các van và dụng cụ cần thiết (Hình 1).Các sơ đồ đường ống và thiết bị đo đạc hoàn chỉnh được thể hiện trong Hình S1 và Bảng S1 về thông tin hỗ trợ.
Trong quá trình thử nghiệm, huyền phù cao su được bơm vào máy tạo khí dung với tốc độ dòng chảy từ ≈60 đến 100 µL phút-1 để duy trì sản lượng hạt ổn định, khoảng 14-25 hạt trên một cm khối (400 000-per cm khối) 700 000 hạt).Chân) trong một thùng có kích thước 0,10–0,15 µm.Phạm vi tốc độ dòng chảy này là cần thiết vì những thay đổi quan sát được về nồng độ của các hạt latex ở hạ lưu của máy tạo khí dung, có thể là do những thay đổi về lượng huyền phù mủ được bẫy chất lỏng của máy tạo khí dung bắt giữ.
Để đo PFE của một mẫu vải nhất định, trước tiên, sol khí hạt latex được chuyển qua phòng điều khiển và sau đó được dẫn đến máy phân tích hạt.Đo liên tục nồng độ của ba hạt, mỗi hạt kéo dài một phút.Máy phân tích hạt báo cáo nồng độ trung bình theo thời gian của các hạt trong quá trình phân tích, tức là nồng độ trung bình của các hạt trong một phút (28,3 L) của mẫu.Sau khi thực hiện các phép đo cơ bản này để thiết lập số lượng hạt ổn định và tốc độ dòng khí, sol khí được chuyển vào buồng mẫu.Khi hệ thống đạt đến trạng thái cân bằng (thường là 60-90 giây), ba phép đo khác trong một phút liên tiếp được thực hiện liên tiếp nhanh chóng.Các phép đo mẫu này thể hiện nồng độ của các hạt đi qua mẫu vải.Sau đó, bằng cách tách dòng khí dung trở lại phòng điều khiển, ba phép đo nồng độ hạt khác được thực hiện từ phòng điều khiển để xác minh rằng nồng độ hạt đầu nguồn không thay đổi đáng kể trong toàn bộ quá trình đánh giá mẫu.Vì thiết kế của hai buồng giống nhau - ngoại trừ việc buồng mẫu có thể chứa được giá đỡ mẫu - điều kiện dòng chảy trong buồng có thể được coi là như nhau, do đó, nồng độ của các hạt trong khí rời khỏi buồng điều khiển và buồng mẫu có thể được so sánh.
Để duy trì tuổi thọ của thiết bị phân tích hạt và loại bỏ các hạt sol khí trong hệ thống giữa mỗi lần thử nghiệm, sử dụng tia khí có lọc HEPA để làm sạch thiết bị phân tích hạt sau mỗi lần đo và làm sạch khoang chứa mẫu trước khi thay đổi mẫu.Vui lòng tham khảo Hình S1 trong thông tin hỗ trợ để biết sơ đồ hệ thống xả khí trên thiết bị PFE.
Tính toán này đại diện cho một phép đo PFE “lặp lại” duy nhất cho một mẫu vật liệu duy nhất và tương đương với phép tính PFE trong ASTM F2299 (Phương trình (2)).
Các vật liệu được nêu trong §2.1 đã được thử nghiệm với các bình xịt cao su bằng cách sử dụng thiết bị PFE được mô tả trong §2.3 để xác định tính phù hợp của chúng làm vật liệu mặt nạ.Hình 2 cho thấy các số đọc thu được từ máy phân tích nồng độ hạt và các giá trị PFE của vải áo len và vật liệu làm bóng được đo cùng một lúc.Ba lần phân tích mẫu được thực hiện với tổng số hai vật liệu và sáu lần lặp lại.Rõ ràng, bài đọc đầu tiên trong bộ ba bài đọc (được tô bằng màu sáng hơn) thường khác với hai bài đọc còn lại.Ví dụ, lần đọc đầu tiên khác với giá trị trung bình của hai lần đọc còn lại trong bộ ba 12-15 trong Hình 2 hơn 5%.Quan sát này liên quan đến sự cân bằng của không khí chứa sol khí chảy qua máy phân tích hạt.Như đã thảo luận trong Vật liệu và Phương pháp, các số đọc cân bằng (kiểm soát thứ hai và thứ ba và số đọc mẫu) được sử dụng để tính PFE ở các sắc thái xanh đậm và đỏ tương ứng trong Hình 2.Nhìn chung, giá trị PFE trung bình của ba lần lặp lại là 78% ± 2% đối với vải áo len và 74% ± 2% đối với chất liệu làm bóng cotton.
Để đánh giá hiệu suất của hệ thống, khẩu trang y tế được chứng nhận ASTM 2100 (L2, L3) và mặt nạ phòng độc NIOSH (N95) cũng được đánh giá.Tiêu chuẩn ASTM F2100 đặt hiệu suất lọc hạt nhỏ hơn micromet của các hạt 0,1 µm của mặt nạ cấp 2 và cấp 3 lần lượt là ≥ 95% và ≥ 98%.[5] Tương tự, mặt nạ phòng độc N95 được NIOSH chứng nhận phải cho thấy hiệu suất lọc ≥95% đối với các hạt nano NaCl nguyên tử hóa có đường kính trung bình là 0,075 µm.[24] Rengasamy và cộng sự.Theo báo cáo, các mặt nạ N95 tương tự cho thấy giá trị PFE là 99,84% –99,98%, [25] Zangmeister et al.Theo các báo cáo, N95 của họ tạo ra hiệu suất lọc tối thiểu lớn hơn 99,9%, [14] trong khi Joo et al.Theo báo cáo, khẩu trang 3M N95 tạo ra 99% PFE (hạt 300 nm), [16] và Hao et al.N95 PFE (hạt 300 nm) được báo cáo là 94,4%.[17] Đối với hai mặt nạ N95 được thách thức bởi Shakya và cộng sự.với quả bóng cao su 0,1 µm, PFE giảm khoảng từ 80% đến 100%.[19] Khi Lu và cộng sự.Sử dụng các quả bóng cao su có cùng kích thước để đánh giá mặt nạ N95, PFE trung bình được báo cáo là 93,8%.[20] Kết quả thu được khi sử dụng thiết bị được mô tả trong nghiên cứu này cho thấy PFE của mặt nạ N95 là 99,2 ± 0,1%, phù hợp với hầu hết các nghiên cứu trước đây.
Mặt nạ phẫu thuật cũng đã được thử nghiệm trong một số nghiên cứu.Mặt nạ phẫu thuật của Hao et al.cho thấy PFE (hạt 300 nm) là 73,4%, [17] trong khi ba mặt nạ phẫu thuật được thử nghiệm bởi Drewnick và cộng sự.PFE được tạo ra dao động từ khoảng 60% đến gần như 100%.[15] (Mặt nạ thứ hai có thể là một mô hình được chứng nhận.) Tuy nhiên, Zangmeister et al.Theo báo cáo, hiệu suất lọc tối thiểu của hai mặt nạ phẫu thuật được thử nghiệm chỉ cao hơn 30% một chút, [14] thấp hơn nhiều so với mặt nạ phẫu thuật được thử nghiệm trong nghiên cứu này.Tương tự như vậy, “mặt nạ phẫu thuật màu xanh” được thử nghiệm bởi Joo et al.Chứng minh rằng PFE (hạt 300 nm) chỉ là 22%.[16] Shakya và cộng sự.báo cáo rằng PFE của khẩu trang phẫu thuật (sử dụng 0,1 µm hạt latex) giảm khoảng 60-80%.[19] Sử dụng bóng latex có cùng kích thước, mặt nạ phẫu thuật của Lu và cộng sự tạo ra kết quả PFE trung bình là 80,2%.[20] Để so sánh, PFE của mặt nạ L2 của chúng tôi là 94,2 ± 0,6% và PFE của mặt nạ L3 là 94,9 ± 0,3%.Mặc dù các PFE này vượt qua nhiều PFE trong tài liệu, chúng tôi phải lưu ý rằng hầu như không có cấp chứng nhận nào được đề cập trong nghiên cứu trước đó và khẩu trang phẫu thuật của chúng tôi đã đạt được chứng nhận cấp 2 và cấp 3.
Tương tự như cách phân tích các vật liệu mặt nạ ứng viên trong Hình 2, ba phép thử được thực hiện trên sáu vật liệu khác để xác định tính phù hợp của chúng trong mặt nạ và chứng minh hoạt động của thiết bị PFE.Hình 3 vẽ biểu đồ các giá trị PFE của tất cả các vật liệu được thử nghiệm và so sánh chúng với các giá trị PFE thu được bằng cách đánh giá các vật liệu mặt nạ L3 và N95 đã được chứng nhận.Từ 11 mặt nạ / vật liệu mặt nạ ứng cử viên được chọn cho công việc này, có thể thấy rõ một loạt các hiệu suất PFE, từ ≈10% đến gần 100%, phù hợp với các nghiên cứu khác, [8, 9, 15] và các mô tả ngành Không có mối quan hệ rõ ràng giữa PFE và PFE.Ví dụ, các vật liệu có thành phần tương tự nhau (hai mẫu 100% cotton và cotton muslin) có giá trị PFE rất khác nhau (lần lượt là 14%, 54% và 13%).Nhưng điều quan trọng là hiệu suất thấp (ví dụ, 100% cotton A; PFE ≈ 14%), hiệu suất trung bình (ví dụ, hỗn hợp 70% / 30% cotton / polyester; PFE ≈ 49%) và hiệu suất cao (ví dụ, áo len Vải; PFE ≈ 78%) Có thể xác định rõ loại vải bằng cách sử dụng thiết bị PFE được mô tả trong tài liệu này.Đặc biệt là các loại vải áo len và chất liệu làm bóng cotton có hiệu suất rất tốt, với PFE dao động từ 70% đến 80%.Các vật liệu hiệu suất cao như vậy có thể được xác định và phân tích chi tiết hơn để hiểu các đặc điểm góp phần vào hiệu suất lọc cao của chúng.Tuy nhiên, chúng tôi muốn nhắc rằng vì kết quả PFE của các vật liệu có mô tả ngành tương tự (tức là vật liệu bông) rất khác nhau, những dữ liệu này không cho biết vật liệu nào hữu ích rộng rãi cho khẩu trang vải và chúng tôi không có ý định suy ra các đặc tính- chủng loại vật liệu.Mối quan hệ hiệu suất.Chúng tôi cung cấp các ví dụ cụ thể để chứng minh hiệu chuẩn, cho thấy rằng phép đo bao gồm toàn bộ phạm vi hiệu quả lọc có thể có và cung cấp kích thước của sai số đo.
Chúng tôi thu được các kết quả PFE này để chứng minh rằng thiết bị của chúng tôi có nhiều khả năng đo lường, sai số thấp và so sánh với dữ liệu thu được trong tài liệu.Ví dụ, Zangmeister et al.Kết quả PFE của một số loại vải cotton dệt thoi (ví dụ “Cotton 1-11 ″) (89 đến 812 sợi trên mỗi inch) được báo cáo.Ở 9 trong số 11 vật liệu, “hiệu suất lọc tối thiểu” nằm trong khoảng từ 0% đến 25%;PFE của hai vật liệu còn lại là khoảng 32%.[14] Tương tự, Konda và cộng sự.Dữ liệu PFE của hai loại vải cotton (80 và 600 TPI; 153 và 152 gm-2) được báo cáo.PFE lần lượt nằm trong khoảng từ 7% đến 36% và 65% đến 85%.Trong nghiên cứu của Drewnick và cộng sự, trong các loại vải bông một lớp (tức là bông, bông dệt kim, bông nốt ruồi; 139–265 TPI; 80–140 gm – 2), phạm vi vật liệu PFE là khoảng 10% đến 30%.Trong nghiên cứu của Joo và cộng sự, chất liệu 100% cotton của họ có PFE 8% (hạt 300 nm).Bagheri và cộng sự.đã sử dụng các hạt cao su polystyrene có kích thước từ 0,3 đến 0,5 µm.PFE của sáu vật liệu bông (120-200 TPI; 136-237 gm-2) được đo, nằm trong khoảng từ 0% đến 20%.[18] Do đó, hầu hết các vật liệu này đều phù hợp với kết quả PFE của ba loại vải cotton của chúng tôi (tức là Veratex Muslin CT, Vải Cửa hàng Vải A và B), và hiệu suất lọc trung bình của chúng tương ứng là 13%, 14%.54%.Những kết quả này chỉ ra rằng có sự khác biệt lớn giữa các nguyên liệu bông và các đặc tính nguyên liệu dẫn đến PFE cao (ví dụ bông 600 TPI của Konda và cộng sự; bông B của chúng tôi) chưa được hiểu rõ.
Khi thực hiện các so sánh này, chúng tôi thừa nhận rằng rất khó để tìm thấy các vật liệu được thử nghiệm trong các tài liệu có cùng đặc điểm (ví dụ: thành phần vật liệu, dệt và đan, TPI, trọng lượng, v.v.) với các vật liệu được thử nghiệm trong nghiên cứu này, và do đó không thể so sánh trực tiếp.Ngoài ra, sự khác biệt trong các nhạc cụ được các tác giả sử dụng và thiếu tiêu chuẩn hóa nên khó có thể so sánh tốt.Tuy nhiên, rõ ràng là mối quan hệ hiệu suất / hiệu suất của các loại vải thông thường vẫn chưa được hiểu rõ.Các vật liệu sẽ được kiểm tra thêm với thiết bị tiêu chuẩn hóa, linh hoạt và đáng tin cậy (chẳng hạn như thiết bị được mô tả trong tài liệu này) để xác định các mối quan hệ này.
Mặc dù có tổng sai số thống kê (0-5%) giữa một lần lặp lại duy nhất (0-4%) và các mẫu được phân tích ba lần, thiết bị được đề xuất trong nghiên cứu này được chứng minh là một công cụ hiệu quả để kiểm tra PFE của các vật liệu khác nhau.Vải thông thường để chứng nhận khẩu trang y tế.Điều đáng chú ý là trong số 11 vật liệu được thử nghiệm cho Hình 3, sai số lan truyền σprop vượt quá độ lệch chuẩn giữa các phép đo PFE của một mẫu đơn, tức là σsd của 9 trên 11 vật liệu;hai ngoại lệ này xảy ra ở giá trị PFE Rất cao (tức là mặt nạ L2 và L3).Mặc dù kết quả được trình bày bởi Rengasamy et al.Chỉ ra rằng sự khác biệt giữa các mẫu lặp lại là nhỏ (tức là năm lần lặp lại <0,29%), [25] họ đã nghiên cứu các vật liệu có đặc tính lọc cao được biết đến được thiết kế đặc biệt cho sản xuất mặt nạ: bản thân vật liệu có thể đồng đều hơn, và thử nghiệm này cũng diện tích của phạm vi PFE có thể nhất quán hơn.Nhìn chung, kết quả thu được khi sử dụng thiết bị của chúng tôi phù hợp với dữ liệu PFE và các tiêu chuẩn chứng nhận do các nhà nghiên cứu khác thu được.
Mặc dù PFE là một chỉ số quan trọng để đo hiệu suất của mặt nạ, tại thời điểm này, chúng tôi phải nhắc nhở độc giả rằng việc phân tích toàn diện các vật liệu làm mặt nạ trong tương lai phải xem xét các yếu tố khác, đó là độ thấm của vật liệu (nghĩa là thông qua thử nghiệm giảm áp hoặc chênh lệch áp suất ).Có các quy định trong ASTM F2100 và F3502.Khả năng thở ở mức chấp nhận được là điều cần thiết để tạo sự thoải mái cho người đeo và ngăn chặn sự rò rỉ của mép mặt nạ trong quá trình thở.Vì PFE và độ thoáng khí của nhiều vật liệu thông thường thường tỷ lệ nghịch, nên phép đo giảm áp suất phải được thực hiện cùng với phép đo PFE để đánh giá đầy đủ hơn tính năng của vật liệu mặt nạ.
Chúng tôi khuyến nghị rằng các hướng dẫn về cấu tạo thiết bị PFE phù hợp với tiêu chuẩn ASTM F2299 là cần thiết để cải tiến liên tục các tiêu chuẩn, tạo ra dữ liệu nghiên cứu có thể được so sánh giữa các phòng thí nghiệm nghiên cứu và tăng cường lọc aerosol.Chỉ dựa vào tiêu chuẩn NIOSH (hoặc F3502), chỉ định một thiết bị duy nhất (TSI 8130A) và hạn chế các nhà nghiên cứu mua thiết bị chìa khóa trao tay (ví dụ: hệ thống TSI).Việc phụ thuộc vào các hệ thống tiêu chuẩn hóa như TSI 8130A là rất quan trọng đối với chứng nhận tiêu chuẩn hiện tại, nhưng nó hạn chế sự phát triển của mặt nạ, mặt nạ phòng độc và các công nghệ lọc khí dung khác mà không theo tiến độ nghiên cứu.Điều đáng chú ý là tiêu chuẩn NIOSH được phát triển như một phương pháp để kiểm tra mặt nạ phòng độc trong các điều kiện khắc nghiệt dự kiến khi thiết bị này là cần thiết, nhưng ngược lại, mặt nạ phẫu thuật được kiểm tra theo phương pháp ASTM F2100 / F2299.Hình dạng và kiểu dáng của khẩu trang cộng đồng giống khẩu trang phẫu thuật hơn, điều đó không có nghĩa là chúng có hiệu suất lọc hiệu quả tuyệt vời như N95.Nếu khẩu trang phẫu thuật vẫn được đánh giá theo ASTM F2100 / F2299, các loại vải thông thường nên được phân tích bằng phương pháp gần với ASTM F2100 / F2299.Ngoài ra, ASTM F2299 cho phép thêm tính linh hoạt trong các thông số khác nhau (chẳng hạn như tốc độ dòng khí và vận tốc bề mặt trong các nghiên cứu hiệu quả lọc), có thể làm cho nó trở thành tiêu chuẩn cao cấp gần đúng trong môi trường nghiên cứu.
Thời gian đăng bài: tháng 8 - 30 - 2021