馬 玲，黃楊，沈悅明

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 200040）

0 引言

隨著新冠疫情的出現(xiàn)，口罩成為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦须S身佩戴的防護(hù)用品。口罩的過(guò)濾等級(jí)越高，說(shuō)明其過(guò)濾效果越好。然而，在保證口罩具有較好過(guò)濾效果的同時(shí)，還要注意使其具有比較好的通氣阻力，這樣人們佩戴此類(lèi)口罩的時(shí)候才會(huì)感覺(jué)舒適，因而對(duì)口罩死腔性能的測(cè)試就顯得尤其重要。死腔是指呼出的二氧化碳被再次吸入呼吸道內(nèi)，不能參與氣體交換的體積。因此，死腔性能差，可能導(dǎo)致被吸入的二氧化碳?xì)怏w濃度高，產(chǎn)生呼吸不順，甚至窒息的危險(xiǎn)[1]。

口罩作為一種簡(jiǎn)單的面罩，按結(jié)構(gòu)可分為隨棄式面罩、可更換式半面罩和全面罩，人們?nèi)粘Ｅ宕鞯目谡执蠖鄶?shù)屬于隨棄式面罩。為了研究二氧化碳的供氣流速對(duì)口罩死腔性能的影響，本文主要對(duì)在不同的二氧化碳供氣流速下死腔的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。

1 試驗(yàn)

1.1 測(cè)試原理

參照GB 2626—2019《呼吸防護(hù) 自吸過(guò)濾式防顆粒物呼吸器》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)GB 2626）6.9條款中的死腔要求進(jìn)行，所用口罩死腔測(cè)試儀詳見(jiàn)圖1。通過(guò)計(jì)算吸入二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)與環(huán)境中二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)的差值，評(píng)估呼吸系統(tǒng)的使用安全性。

圖1 口罩死腔測(cè)試儀

測(cè)試時(shí)，實(shí)驗(yàn)室溫度需控制在16～32 ℃，呼吸模擬器的呼吸頻率和潮氣量分別設(shè)定為20 次/min和1.5 L，保持室內(nèi)通風(fēng)，并使得檢測(cè)環(huán)境中二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)≤0.1%，同時(shí)注意環(huán)境中二氧化碳含量的檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)在被測(cè)樣品的正前方約1 m 處。檢測(cè)時(shí)，在測(cè)試樣品的側(cè)面放置一個(gè)小風(fēng)扇，以保證氣流在面罩面前產(chǎn)生的流速為0.5 m/s。打開(kāi)儀器，同時(shí)設(shè)置好二氧化碳的供氣流速，以密閉的方式在頭模上戴好口罩，連續(xù)檢測(cè)吸入二氧化碳?xì)怏w和環(huán)境中的二氧化碳體積分?jǐn)?shù)，直至穩(wěn)定。當(dāng)環(huán)境中的二氧化碳體積分?jǐn)?shù)≤0.1%時(shí)，測(cè)試才是有效的[2-3]。結(jié)果用吸入氣體中的二氧化碳體積分?jǐn)?shù)減去檢測(cè)環(huán)境中的二氧化碳體積分?jǐn)?shù)的差值表示[4]。一般隨棄式面罩測(cè)試時(shí)，3個(gè)樣品各測(cè)試1次，而全面罩和半面罩均采取每個(gè)樣品測(cè)試3 次的方法，并取3 個(gè)測(cè)試值的平均值為測(cè)試結(jié)果。當(dāng)二氧化碳的測(cè)試結(jié)果小于1%，結(jié)果才是合格的[5]。

1.2 試樣

GB 2626 適用于過(guò)濾式口罩，且將口罩的過(guò)濾級(jí)別分為KN90、KN95、KN100。因此，試驗(yàn)選用的口罩為3M KN95、3M KN90、3M KN100 3種類(lèi)別，均為隨棄式半面罩。對(duì)每個(gè)口罩的死腔均測(cè)試3次，結(jié)果取平均值。

1.3 供氣流速

GB 2626 標(biāo)準(zhǔn)中未明確規(guī)定合適的供氣流速，因此在允許的供氣流速范圍內(nèi)，對(duì)隨棄式半面罩3M KN95、3M KN90 和3M KN100 口罩的死腔進(jìn)行測(cè)試時(shí)，將供氣流速分別設(shè)置為4.0、3.5、3.0、2.5、2.0、1.8、1.5、1.2、1.0、0.8 mm/s。

2 結(jié)果與討論

2.1 供氣流速對(duì)隨棄式半面罩口罩死腔測(cè)試結(jié)果的影響

供氣流速對(duì)三類(lèi)規(guī)格的隨棄式半面罩口罩死腔的測(cè)試結(jié)果詳見(jiàn)表1～表3。

表1 不同供氣流速對(duì)隨棄式半面罩3M KN95口罩死腔測(cè)試結(jié)果的影響

表2 不同供氣流速對(duì)隨棄式半面罩3M KN90口罩死腔測(cè)試結(jié)果的影響

表3 不同供氣流速對(duì)隨棄式半面罩3M KN100口罩死腔測(cè)試結(jié)果的影響

由表1可知，供氣流速對(duì)3M KN95口罩死腔的測(cè)試結(jié)果影響較大：隨著供氣流速的增加，死腔的測(cè)試結(jié)果變大；供氣流速較大的時(shí)候，死腔的測(cè)試結(jié)果差異性較大，且死腔的測(cè)試結(jié)果隨著供氣流速的減小逐漸趨于穩(wěn)定。當(dāng)供氣流速為4.0 mm/s時(shí)，死腔測(cè)試結(jié)果為4.657%，變異系數(shù)為43.189%；當(dāng)供氣流速為0.8 mm/s 時(shí)，死腔的測(cè)試結(jié)果為0.833%，變異系數(shù)僅為0.263%。這說(shuō)明供氣流速越大，死腔的測(cè)試結(jié)果越不穩(wěn)定，存在的差異性較大；當(dāng)調(diào)低供氣流速至較小值后，結(jié)果趨于穩(wěn)定，存在的差異性也較小?？梢?jiàn)，供氣流速越小，死腔測(cè)試結(jié)果曲線越趨于穩(wěn)定。

由表2可知，供氣流速對(duì)3M KN90口罩死腔的測(cè)試結(jié)果影響也較大，且死腔的測(cè)試結(jié)果隨著供氣流速的減小而逐漸趨于穩(wěn)定。當(dāng)供氣流速為4.0 mm/s時(shí)，死腔測(cè)試結(jié)果為4.564%，變異系數(shù)為43.447%；當(dāng)供氣流速為0.8 mm/s 時(shí)，死腔測(cè)試結(jié)果為0.733%，變異系數(shù)僅為0.430%?？梢?jiàn)，供氣流速越小，死腔測(cè)試結(jié)果曲線越趨于穩(wěn)定。

由表3 可知，供氣流速對(duì)3M KN100 口罩死腔測(cè)試結(jié)果的影響同樣較大：供氣流速大，死腔的測(cè)試結(jié)果大，供氣流速減小，死腔的測(cè)試結(jié)果??；供氣流速較大時(shí)，同一試樣死腔的測(cè)試結(jié)果存在的差異性也較大，隨著供氣流速的減小，死腔的測(cè)試結(jié)果逐漸趨于穩(wěn)定。當(dāng)供氣流速為4.0 mm/s時(shí)，死腔測(cè)試結(jié)果為3.311%，變異系數(shù)為29.416%；當(dāng)供氣流速為0.8 mm/s 時(shí)，死腔測(cè)試結(jié)果為0.580%，變異系數(shù)僅為0.460%。

由此可見(jiàn)，供氣流速對(duì)三類(lèi)口罩死腔測(cè)試結(jié)果的影響非常相似，即：供氣流速大，死腔測(cè)試結(jié)果大，且3 次所測(cè)結(jié)果存在的差異性也大；當(dāng)供氣流速較小時(shí)，死腔測(cè)試結(jié)果變小，且逐漸趨于穩(wěn)定。

2.2 實(shí)驗(yàn)室的比對(duì)

由于國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 2626 對(duì)死腔測(cè)試結(jié)果的修約沒(méi)有具體規(guī)定，因此不同實(shí)驗(yàn)室之間對(duì)死腔測(cè)試結(jié)果的可能修約數(shù)值不同。表4列出了4家實(shí)驗(yàn)室對(duì)三類(lèi)口罩死腔測(cè)試的結(jié)果，其中4#為本實(shí)驗(yàn)室所測(cè)結(jié)果。

表4 實(shí)驗(yàn)室間口罩死腔測(cè)試結(jié)果比對(duì) %

由表4 可知：4 家實(shí)驗(yàn)室對(duì)口罩死腔測(cè)試的結(jié)果差異不大。當(dāng)供氣流速設(shè)置過(guò)大時(shí)，所得測(cè)試結(jié)果存在較大的差異，因而不具可比性。因此，為了獲得穩(wěn)定的測(cè)試結(jié)果，在供氣流速的設(shè)置對(duì)死腔測(cè)試結(jié)果影響較大的前提下，在測(cè)試過(guò)程中應(yīng)適當(dāng)降低供氣流速。

經(jīng)過(guò)比對(duì)測(cè)試，4家實(shí)驗(yàn)室一致認(rèn)為，將供氣流速設(shè)置為0.8～1.0 mm/s較為合理。

3 結(jié)論

（1）供氣流速對(duì)不同過(guò)濾類(lèi)型的口罩死腔測(cè)試結(jié)果的影響較大，因此設(shè)置合適的供氣流速對(duì)測(cè)試結(jié)果非常重要。降低供氣流速可使測(cè)試結(jié)果逐漸趨于穩(wěn)定，將供氣流速設(shè)置為0.8 mm/s時(shí)可獲得穩(wěn)定的測(cè)試結(jié)果。不同的設(shè)備需要對(duì)供氣流速進(jìn)行調(diào)試，以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（2）供氣流速增大，使得二氧化碳?xì)怏w分布不勻，尤其是排出速率可能低于供氣速率，會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏高；供氣流速降低，能夠使二氧化碳?xì)怏w充分排出，避免管道內(nèi)的二氧化碳?xì)怏w影響最終試驗(yàn)結(jié)果，提高試驗(yàn)結(jié)果的均勻性與準(zhǔn)確性。

（3）由于國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)GB 2626 中沒(méi)有對(duì)供氣流速有著具體規(guī)定，當(dāng)測(cè)試所用儀器設(shè)備不同時(shí)，應(yīng)在測(cè)試前進(jìn)行相關(guān)調(diào)試。