陳佳懷 梁濤 劉焱峣

摘要：本文對(duì)比了國(guó)內(nèi)外兩臺(tái)不同類(lèi)型的顆粒物過(guò)濾效率測(cè)試儀的技術(shù)參數(shù)、試驗(yàn)原理以及檢測(cè)方法;對(duì)兩臺(tái)設(shè)備進(jìn)行了過(guò)濾效率的對(duì)比試驗(yàn);最后分析導(dǎo)致對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果差異性的原因。

關(guān)鍵詞：口罩;顆粒物過(guò)濾效率;測(cè)試儀

前言

2020年以來(lái)，受新冠疫情的影響，佩戴口罩成為了人們防范疫情的必要手段。國(guó)內(nèi)口罩的需求量呈爆發(fā)性增長(zhǎng)，相應(yīng)地引發(fā)國(guó)內(nèi)各企業(yè)大批量的生產(chǎn)口罩。在大規(guī)模生產(chǎn)口罩的背景下，人們對(duì)所佩戴的口罩是否具備較好的防護(hù)作用也較為重視，其中顆粒物過(guò)濾效率成為了人們?cè)u(píng)判口罩性能好壞的重要技術(shù)指標(biāo)之一。口罩的過(guò)濾效率是指在規(guī)定檢測(cè)條件下，過(guò)濾元件濾除顆粒物的水平。

國(guó)內(nèi)針對(duì)不同類(lèi)型的防護(hù)口罩，制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，如GB 2626-2019《呼吸防護(hù) 自吸過(guò)濾式防顆粒物呼吸器》、GB/T 32610-2016《日常防護(hù)型口罩技術(shù)規(guī)范》、YY 0469-2011《醫(yī)用外科口罩》、GB 19083-2010《醫(yī)用防護(hù)口罩技術(shù)要求》、GB/T38880-2020《兒童口罩技術(shù)規(guī)范》等。這些標(biāo)準(zhǔn)中顆粒物過(guò)濾效率檢測(cè)方法或檢測(cè)條件也不盡相同。譬如：GB 2626-2019規(guī)定，在氣體流量為（85±4）L/min的測(cè)試條件下，以每個(gè)呼吸器過(guò)濾元件累計(jì)（200±5）mg顆粒物加載量為基本要求測(cè)試顆粒物過(guò)濾效率; GB/T 32610-2016規(guī)定，在氣體流量為（85±4）L/min的測(cè)試條件下，以口罩罩體累計(jì)30mg顆粒物加載量為基本要求測(cè)試顆粒物過(guò)濾效率等。

同時(shí)口罩的過(guò)濾效率測(cè)試裝置也受到人們的關(guān)注。為了研究各類(lèi)日常防護(hù)口罩、醫(yī)用防護(hù)口罩和其他過(guò)濾材料的過(guò)濾效率，國(guó)內(nèi)外研發(fā)了許多不同類(lèi)型的過(guò)濾效率測(cè)試裝置。日本開(kāi)發(fā)的JIS檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)捕集效率、清灰效率、殘留粉塵量等結(jié)合實(shí)驗(yàn)條件來(lái)評(píng)價(jià)濾料的特性。德國(guó)PALAS公司生產(chǎn)的MFP-3000濾料測(cè)試裝置在歐洲一些廠家和檢測(cè)機(jī)構(gòu)受到廣泛使用，一些醫(yī)療機(jī)構(gòu)與高校實(shí)驗(yàn)室對(duì)于口罩過(guò)濾性能的實(shí)驗(yàn)研究，常使用仿生人頭模型來(lái)固定口罩，然后放入封閉氣箱內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。目前，國(guó)內(nèi)行業(yè)中較多使用美國(guó)TSI-8130型自動(dòng)濾料檢測(cè)儀進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)口罩顆粒物過(guò)濾效率的水平。但受限于該裝置價(jià)格昂貴、供不應(yīng)求，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)根據(jù)口罩相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，研制出各種類(lèi)型的測(cè)試裝置。如曹海罡研究了一種基于計(jì)數(shù)法的口罩過(guò)濾效率檢測(cè)儀;張茜設(shè)計(jì)了一種口罩鹽性顆粒物過(guò)濾效率試驗(yàn)臺(tái)。

本文主要通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外兩款不同型號(hào)的口罩顆粒過(guò)濾效率測(cè)試裝置的技術(shù)參數(shù)、測(cè)試結(jié)果、測(cè)試原理和方法，來(lái)分析國(guó)內(nèi)外設(shè)備對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

1測(cè)試儀的技術(shù)參數(shù)對(duì)比

口罩顆粒物過(guò)濾效率測(cè)試原理：通過(guò)氣溶膠發(fā)生器發(fā)生一定濃度及粒徑分布的氣溶膠，以規(guī)定的氣體流量通過(guò)口罩罩體。使用適宜的顆粒物檢測(cè)裝置（儀器）檢測(cè)口罩罩體前后的顆粒物濃度。以氣溶膠通過(guò)口罩罩體后的顆粒物濃度減少量與通過(guò)口罩罩體前顆粒物濃度的比值（以百分比計(jì)）來(lái)評(píng)價(jià)口罩罩體對(duì)顆粒物的過(guò)濾效率。

本文選擇兩款常見(jiàn)的測(cè)試儀做對(duì)比：A裝置為國(guó)內(nèi)設(shè)備，B裝置為國(guó)外設(shè)備。

A裝置，主要技術(shù)參數(shù)如下：

（1）流量范圍：（30～100）L/min（可調(diào)范圍0～85L），精度：1%（出廠默認(rèn)30L/min，YY 0469-2011標(biāo)準(zhǔn)）;

（2）過(guò)濾效率：（0.001～99.999）%;

（3）示值誤差：（效率≥95%±2%），（效率≥85%±5%），（效率≤80%±30%）;

（4）測(cè)試面積：100cm;

（5）通氣阻力：0～2000Pa，精度1Pa（選配）;

（6）氣溶膠：氯化鈉（可選配DOP、DEHS、石蠟油、玉米油）;

（7）氣溶膠濃度：不超過(guò)30mg/m（鹽性），不超過(guò)30mg/m（油性）;

（8）計(jì)數(shù)中位徑：鹽性顆粒（0.075±0.02）μm、油性顆粒（0.185±0.02）μm;

（9）顆粒物光學(xué)粒徑檢測(cè)通道：0.3μm、0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm;

（10）粒度分布幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差：鹽性顆?！?.86，油性顆粒≤1.60;

（11）氣溶膠濃度檢測(cè)方式：激光（熒光誘導(dǎo)）法;

（12）動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍：（0.001～30）mg/m，精度：1%;

B裝置，主要結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)組成如下：

（1）流量范圍：（30～100）L/min，精度：1%;

（2）過(guò)濾效率：（0.001～99.999）%;

（3）壓力測(cè)量：0～1470Pa，精度2%;

（4）氣溶膠：氯化鈉、DOP、DEHS、石蠟油;

（5）氣溶膠濃度：12～20mg/m3（鹽性），50～200mg/m（油性），中和器;

（6）計(jì)數(shù)中位徑：鹽性顆粒0.075μm、油性顆粒0.20μm;

（7）粒度分布幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差：鹽性顆粒<1.86，油性顆粒<1.60;

（8）氣溶膠濃度檢測(cè)范圍：1μg/m～200mg/m;

（9）氣溶膠濃度檢測(cè)方式：光散射法、激光光度計(jì);

將A和B兩種裝置的主要技術(shù)參數(shù)和GB 2626-2019、GB/T 32610-2016以及YY 0469-2011標(biāo)準(zhǔn)要求的測(cè)試設(shè)備技術(shù)指標(biāo)作對(duì)比，見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)AB兩款裝置主要技術(shù)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)要求測(cè)試設(shè)備技術(shù)要求的對(duì)比進(jìn)行分析，可以看出：A型裝置的顆粒物檢測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍、油性顆粒物濃度范圍與GB 2626-2019、GB/T 32610-2016以及YY 0469-2011的要求存差異。不能完全滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2測(cè)試儀的試驗(yàn)對(duì)比

2.1試驗(yàn)條件

1）3種測(cè)試樣品：一塊均勻?yàn)V布（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：樣品1）、穩(wěn)定同批次的平面口罩（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：樣品2）和穩(wěn)定同批次的過(guò)濾片（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：樣品3）;

2）試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 32610-2016《日常防護(hù)型口罩技術(shù)規(guī)范》;

3）試驗(yàn)裝置：A裝置、B裝置;

4）測(cè)試流量：85L/min;

5）介質(zhì)：氯化鈉氣溶膠;

6）加載量：30mg。

2.2試驗(yàn)結(jié)果

A裝置無(wú)可直讀的實(shí)際加載量，測(cè)試按默認(rèn)參數(shù)設(shè)置，加載濃度為默認(rèn)濃度≤30mg/m，每次測(cè)試60s，測(cè)試3次及以上;B裝置選擇同樣參數(shù)條件的測(cè)試且追加設(shè)定加載濃度20mg/m3，每隔60s記錄一次數(shù)據(jù)。所測(cè)的結(jié)果取最低值，并保留一位小數(shù)作為最終樣品的過(guò)濾效率結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

3檢測(cè)儀測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析

從表2結(jié)果可知：

1、對(duì)同批次的樣品，A裝置的得出的效率值與B裝置有差異，B裝置測(cè)試的效率值較低;

2、樣品的效率越低，A裝置測(cè)試的過(guò)濾效率與B裝置測(cè)試過(guò)濾效率的差值越大。

就引起試驗(yàn)結(jié)果差異的原因，做以下分析：

3.1測(cè)試原理對(duì)比分析

A裝置試驗(yàn)過(guò)程中某一時(shí)刻結(jié)果顯示見(jiàn)表3。

B裝置測(cè)試過(guò)程中某一時(shí)刻結(jié)果顯示如表4。

通過(guò)表3內(nèi)容可知，A裝置采用六通道的粒子計(jì)數(shù)器，可同時(shí)觀察到六個(gè)不同粒徑通道粒子的數(shù)目及其變化情況，通過(guò)計(jì)數(shù)的方式進(jìn)而計(jì)算過(guò)濾效率。表4內(nèi)容可知，B裝置采用上下游分光光度計(jì)檢測(cè)氣溶膠濃度，并計(jì)算過(guò)濾效率。B裝置氣溶膠光度計(jì)檢測(cè)的是計(jì)重濃度。對(duì)比A裝置和B裝置，A裝置的粒子計(jì)數(shù)器是直接檢測(cè)顆粒物數(shù)量，其測(cè)試原理與B裝置不一致。

A裝置與B裝置數(shù)據(jù)上的差距，大部分是由于顆粒物傳感器的類(lèi)型不同導(dǎo)致的。一般粒子的濃度分布曲線與數(shù)量分布曲線并不重合，大粒子在重量分布中占有較大比重。粒子的計(jì)數(shù)數(shù)值明顯會(huì)比粒子的重量數(shù)值大好多倍。因此，A型與B型裝置測(cè)試原理不一致，也導(dǎo)致其得到的過(guò)濾效率結(jié)果有差異。

3.2測(cè)試方法對(duì)比分析

按照GB/T 32610-2016中試驗(yàn)方法的要求，裝置應(yīng)連續(xù)加載到一定質(zhì)量的顆粒物才終止試驗(yàn)，此過(guò)程中多次測(cè)試計(jì)算得到中間過(guò)程的過(guò)濾效率，它們中的最低值為最終的過(guò)濾效率。

A裝置無(wú)法顯示和確定實(shí)際測(cè)試的加載量，而B(niǎo)裝置可以監(jiān)測(cè)加載量，這導(dǎo)致了測(cè)試的過(guò)濾效率結(jié)果差異。

通過(guò)表3內(nèi)容可知，粒子數(shù)量是按粒子粒徑的增大而增多的。而且10.0μm的粒子數(shù)量約是0.3μm粒子數(shù)量的2.5倍。GB/T 32610-2016標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)粒子發(fā)生器的要求是：NaCl顆粒物計(jì)數(shù)中位徑（CMD）：（0.075±0.020）μm，粒度分布的幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差≤1.86，換算為質(zhì)量中位徑（MMD），NaCl顆粒物粒徑范圍：（0.249～0.430）μm。A裝置實(shí)際采集到的粒子分布與標(biāo)準(zhǔn)要求的分布存在差異;B裝置無(wú)法獲取粒子發(fā)生器NaCl顆粒物計(jì)數(shù)中位徑（CMD）的信息。粒子分布的差異也可能是造成試驗(yàn)結(jié)果差異的原因之一。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)比了國(guó)內(nèi)外兩臺(tái)不同類(lèi)型的顆粒物過(guò)濾效率測(cè)試儀的技術(shù)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)其存在一定的差異，國(guó)內(nèi)設(shè)備不能完全覆蓋現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求;同時(shí)，對(duì)兩臺(tái)設(shè)備進(jìn)行了過(guò)濾效率的對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其試驗(yàn)結(jié)果存在差異;導(dǎo)致對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果存在差異源于國(guó)內(nèi)外裝置的試驗(yàn)原理以及檢測(cè)方法有所不同，這些不同點(diǎn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大影響。

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