Ċentru ta' Eċċellenza għal Tagħmir u Materjali Protettivi (CEPEM), 1280 Main St. W., Hamilton, ON, Kanada
Uża l-link hawn taħt biex taqsam il-verżjoni tat-test sħiħ ta’ dan l-artikolu mal-ħbieb u l-kollegi tiegħek.itagħllem iżjed.
L-aġenziji tas-saħħa pubblika jirrakkomandaw li l-komunitajiet jużaw maskri biex inaqqsu t-tixrid ta’ mard fl-arja bħal COVID-19.Meta l-maskra taġixxi bħala filtru ta 'effiċjenza għolja, it-tixrid tal-virus se jitnaqqas, għalhekk huwa importanti li tiġi evalwata l-effiċjenza tal-filtrazzjoni tal-partikuli (PFE) tal-maskra.Madankollu, l-ispejjeż għoljin u l-ħinijiet twal assoċjati max-xiri ta 'sistema PFE turnkey jew il-kiri ta' laboratorju akkreditat ifixklu l-ittestjar tal-materjali tal-filtri.B'mod ċar hemm ħtieġa għal sistema ta 'test PFE "personalizzata";madankollu, l-istandards varji li jippreskrivu l-ittestjar PFE ta 'maskri (mediċi) (per eżempju, ASTM International, NIOSH) ivarjaw ħafna fiċ-ċarezza tal-protokolli u l-linji gwida tagħhom.Hawnhekk, huwa deskritt l-iżvilupp ta 'sistema PFE "intern" u metodu għall-ittestjar tal-maskri fil-kuntest tal-istandards attwali tal-maskri mediċi.Skont l-istandards internazzjonali ASTM, is-sistema tuża aerosols ta 'sferi tal-lattiċe (0.1 µm daqs nominali) u tuża analizzatur tal-partiċelli tal-lejżer biex tkejjel il-konċentrazzjoni tal-partiċelli 'l fuq u 'l isfel mill-materjal tal-maskra.Wettaq kejl PFE fuq diversi drappijiet komuni u maskri mediċi.Il-metodu deskritt f'dan ix-xogħol jissodisfa l-istandards attwali tal-ittestjar tal-PFE, filwaqt li jipprovdi flessibilità biex jadatta ruħu għall-ħtiġijiet li jinbidlu u l-kundizzjonijiet tal-filtrazzjoni.
L-aġenziji tas-saħħa pubblika jirrakkomandaw li l-popolazzjoni ġenerali tilbes maskri biex tillimita t-tixrid tal-COVID-19 u mard ieħor li jinġarr minn qtar u aerosol.[1] Ir-rekwiżit li jintlibsu maskri huwa effettiv fit-tnaqqis tat-trażmissjoni, u [2] jindika li maskri tal-komunità mhux ittestjati jipprovdu filtrazzjoni utli.Fil-fatt, studji tal-immudellar wrew li t-tnaqqis fit-trażmissjoni tal-COVID-19 huwa kważi proporzjonali għall-prodott kombinat tal-effettività tal-maskra u r-rata tal-adozzjoni, u dawn u miżuri oħra bbażati fuq il-popolazzjoni għandhom effett sinerġistiku fit-tnaqqis tal-isptarijiet u l-imwiet.[3]
In-numru ta’ maskri mediċi u respiraturi ċċertifikati meħtieġa mill-kura tas-saħħa u ħaddiema oħra ta’ quddiem żdied b’mod drammatiku, u ħoloq sfidi għall-ktajjen tal-manifattura u l-provvista eżistenti, u wassal biex manifatturi ġodda jittestjaw u jiċċertifikaw materjali ġodda malajr.Organizzazzjonijiet bħal ASTM International u l-Istitut Nazzjonali tas-Sigurtà u s-Saħħa tax-Xogħol (NIOSH) żviluppaw metodi standardizzati għall-ittestjar ta 'maskri mediċi;madankollu, id-dettalji ta 'dawn il-metodi jvarjaw ħafna, u kull organizzazzjoni stabbiliet l-istandards ta' prestazzjoni tagħha stess.
L-effiċjenza tal-filtrazzjoni tal-partikuli (PFE) hija l-aktar karatteristika importanti ta 'maskra minħabba li hija relatata mal-kapaċità tagħha li tiffiltra partiċelli żgħar bħal aerosols.Il-maskri mediċi jridu jilħqu miri speċifiċi tal-PFE[4-6] sabiex ikunu ċċertifikati minn aġenziji regolatorji bħal ASTM International jew NIOSH.Il-maskri kirurġiċi huma ċċertifikati minn ASTM, u r-respiraturi N95 huma ċċertifikati minn NIOSH, iżda ż-żewġ maskri għandhom jgħaddu valuri ta 'qtugħ speċifiċi PFE.Pereżempju, il-maskri N95 għandhom jiksbu filtrazzjoni ta' 95% għal aerosols magħmulin minn partiċelli tal-melħ b'dijametru medju ta' għadd ta' 0.075 µm, filwaqt li maskri kirurġiċi ASTM 2100 L3 għandhom jiksbu filtrazzjoni ta' 98% għal aerosols komposti minn blalen tal-lattiċe b'dijametru medju ta' 0.1 µm Filtru .
L-ewwel żewġ għażliet huma għaljin (>$1,000 għal kull kampjun tat-test, stmat li jkun > $150,000 għal tagħmir speċifikat), u matul il-pandemija tal-COVID-19, hemm dewmien minħabba ħinijiet twal ta’ kunsinna u kwistjonijiet ta’ provvista.L-ispiża għolja tal-ittestjar tal-PFE u d-drittijiet ta 'aċċess limitati—kombinati ma' nuqqas ta 'gwida koerenti dwar evalwazzjonijiet ta' prestazzjoni standardizzati—wasslu lir-riċerkaturi biex jużaw varjetà ta 'sistemi ta' ttestjar personalizzati, li ħafna drabi huma bbażati fuq standard wieħed jew aktar għal maskri mediċi ċċertifikati.
It-tagħmir speċjali għall-ittestjar tal-materjal tal-maskra misjub fil-letteratura eżistenti huwa ġeneralment simili għall-istandards NIOSH jew ASTM F2100/F2299 imsemmija hawn fuq.Madankollu, ir-riċerkaturi għandhom l-opportunità li jagħżlu jew ibiddlu d-disinn jew il-parametri operattivi skont il-preferenzi tagħhom.Pereżempju, intużaw bidliet fil-veloċità tal-wiċċ tal-kampjun, ir-rata tal-fluss tal-arja/aerosol, id-daqs tal-kampjun (żona), u l-kompożizzjoni tal-partiċelli tal-ajrusol.Bosta studji reċenti użaw tagħmir apposta biex jevalwaw il-materjali tal-maskra.Dan it-tagħmir juża aerosols tal-klorur tas-sodju u huwa qrib l-istandards NIOSH.Per eżempju, Rogak et al.(2020), Zangmeister et al.(2020), Drunic et al.(2020) u Joo et al.(2021) It-tagħmir kollu mibni se jipproduċi aerosol tal-klorur tas-sodju (daqsijiet varji), li jiġi newtralizzat b'ċarġ elettriku, dilwit b'arja ffiltrata u mibgħut lill-kampjun tal-materjal, fejn sizer tal-partiċelli ottiċi, partiċelli kkondensati ta 'diversi Kejl tal-konċentrazzjoni tal-partiċelli Magħquda [9, 14-16] Konda et al.(2020) u Hao et al.(2020) Inbena apparat simili, iżda n-newtralizzatur ta 'ċarġ ma kienx inkluż.[8, 17] F'dawn l-istudji, il-veloċità ta 'l-arja fil-kampjun varjat bejn 1 u 90 L min-1 (xi kultant biex jinstabu effetti ta' fluss/veloċità);madankollu, il-veloċità tal-wiċċ kienet bejn 5.3 u 25 ċm s-1 bejn.Id-daqs tal-kampjun jidher li jvarja bejn ≈3.4 u 59 cm2.
Għall-kuntrarju, hemm ftit studji dwar l-evalwazzjoni tal-materjali tal-maskra permezz ta 'tagħmir li juża aerosol tal-latex, li huwa qrib l-istandard ASTM F2100/F2299.Pereżempju, Bagheri et al.(2021), Shakya et al.(2016) u Lu et al.(2020) Mibni apparat biex jipproduċi aerosol tal-latex tal-polistirene, li ġie dilwit u mibgħut lil kampjuni ta 'materjal, fejn intużaw diversi analizzaturi tal-partiċelli jew analizzaturi tad-daqs tal-partiċelli tal-mobilità tal-iskannjar biex titkejjel il-konċentrazzjoni tal-partiċelli.[18-20] U Lu et al.Intuża newtralizzatur ta 'ċarġ 'l isfel mill-ġeneratur ta' l-ajrusol tagħhom, u l-awturi taż-żewġ studji l-oħra ma għamlux.Ir-rata tal-fluss tal-arja fil-kampjun inbidlet ukoll ftit—iżda fil-limiti tal-istandard F2299—minn ≈7.3 sa 19 L min-1.Il-veloċità tal-wiċċ tal-arja studjata minn Bagheri et al.huwa 2 u 10 ċm s–1 (fil-medda standard), rispettivament.U Lu et al., u Shakya et al.[18-20] Barra minn hekk, l-awtur u Shakya et al.sferi tal-latex ittestjati ta 'daqsijiet varji (jiġifieri, b'mod ġenerali, 20 nm sa 2500 nm).U Lu et al.Mill-inqas f'xi wħud mit-testijiet tagħhom, huma jużaw id-daqs tal-partiċelli speċifikat ta' 100 nm (0.1 µm).
F'dan ix-xogħol, niddeskrivu l-isfidi li niffaċċjaw fil-ħolqien ta 'apparat PFE li jikkonforma mal-istandards ASTM F2100/F2299 eżistenti kemm jista' jkun.Fost l-istandards popolari ewlenin (jiġifieri NIOSH u ASTM F2100/F2299), l-istandard ASTM jipprovdi flessibilità akbar fil-parametri (bħar-rata tal-fluss tal-arja) biex tistudja l-prestazzjoni tal-filtrazzjoni li tista 'taffettwa PFE f'maskri mhux mediċi.Madankollu, kif aħna Kif murija, din il-flessibbiltà tipprovdi livell addizzjonali ta 'kumplessità fit-tfassil ta' tagħmir bħal dan.
Il-kimiċi nxtraw mingħand Sigma-Aldrich u ntużaw kif inhuma.Il-monomeru tal-istirene (≥99%) huwa ppurifikat permezz ta 'kolonna tal-ħġieġ li fiha remover tal-inibitur tal-alumina, li huwa ddisinjat biex ineħħi t-tert-butylcatechol.Ilma dejonizzat (≈0.037 µS cm–1) ġej mis-sistema tal-purifikazzjoni tal-ilma Sartorius Arium.
Nisġa sempliċi tal-qoton 100% (Muslin CT) b'piż nominali ta '147 gm-2 ġej minn Veratex Lining Ltd., QC, u t-taħlita tal-bambu/spandex ġejja minn D. Zinman Textiles, QC.Materjali oħra tal-maskra kandidati ġejjin minn bejjiegħa bl-imnut tad-drapp lokali (Fabricland).Dawn il-materjali jinkludu żewġ drappijiet minsuġa tal-qoton 100% differenti (bi stampi differenti), drapp innittjat tal-qoton/spandex wieħed, żewġ drappijiet maħdumin bil-labar tal-qoton/poliester (wieħed "universali" u wieħed "drapp tas-sweater") u Qoton/polypropylene mhux minsuġ imħallat materjal batting tal-qoton.Tabella 1 turi sommarju tal-proprjetajiet tad-drapp magħrufa.Sabiex isir benchmark tat-tagħmir il-ġdid, inkisbu maskri mediċi ċċertifikati minn sptarijiet lokali, inklużi maskri mediċi ċċertifikati ASTM 2100 Livell 2 (L2) u Livell 3 (L3; Halyard) u respirators N95 (3M).
Kampjun ċirkolari ta' madwar 85 mm dijametru ġie maqtugħ minn kull materjal li jrid jiġi ttestjat;ma saru l-ebda modifiki oħra lill-materjal (per eżempju, ħasil).Ikklampja l-linja tad-drapp fil-kontenitur tal-kampjun tal-apparat PFE għall-ittestjar.Id-dijametru attwali tal-kampjun f'kuntatt mal-fluss ta 'l-arja huwa 73 mm, u l-materjali li jifdal jintużaw biex jiffissaw sewwa l-kampjun.Għall-maskra immuntata, in-naħa li tmiss il-wiċċ hija 'l bogħod mill-ajrusol tal-materjal fornut.
Sinteżi ta 'sferi tal-latex tal-polistirene anjoniku monodispers permezz ta' polimerizzazzjoni ta 'emulsjoni.Skont il-proċedura deskritta fl-istudju preċedenti, ir-reazzjoni twettqet f'mod semi-lott ta 'ġuħ ta' monomeru.[21, 22] Żid ilma dejonizzat (160 mL) ma’ flask tal-qiegħ tond bi tliet għonq ta’ 250 mL u poġġih f’banju taż-żejt li jħawwad.Il-flask imbagħad ġie mnaddaf bin-nitroġenu u ġie miżjud monomeru styrene mingħajr inibitur (2.1 mL) mal-flask imnaddaf u mħawwad.Wara 10 minuti f'70 °C, żid sodium lauryl sulfate (0.235 g) maħlul f'ilma dejonizzat (8 mL).Wara 5 minuti oħra, persulfate tal-potassju (0.5 g) maħlul f'ilma dejonizzat (2 mL) ġie miżjud.Matul il-5 sigħat li ġejjin, uża pompa tas-siringa biex tinjetta bil-mod styrene addizzjonali mingħajr inibituri (20 mL) fil-flask b'rata ta' 66 µL min-1.Wara li tlestiet l-infużjoni tal-istirene, ir-reazzjoni kompliet għal 17-il siegħa oħra.Imbagħad il-flask infetaħ u tkessaħ biex tintemm il-polimerizzazzjoni.L-emulsjoni tal-lattiċe tal-polistirene sintetizzat ġiet dijalizzata kontra ilma dejonizzat f'tubu tad-dijalisi SnakeSkin (cut-off tal-piż molekulari 3500 Da) għal ħamest ijiem, u l-ilma dejonizzat ġie sostitwit kuljum.Neħħi l-emulsjoni mit-tubu tad-dijalisi u aħżinha fi friġġ f'4°C sakemm tuża.
It-tifrix tad-dawl dinamiku (DLS) sar bl-analizzatur Brookhaven 90Plus, il-wavelength tal-laser kien 659 nm, u l-angolu tad-ditekter kien 90 °.Uża s-softwer tas-soluzzjoni tal-partiċelli inkorporat (v2.6; Brookhaven Instruments Corporation) biex tanalizza d-dejta.Is-sospensjoni tal-latex hija dilwita b'ilma dejonizzat sakemm l-għadd tal-partiċelli jkun ta' madwar 500 elf għadd kull sekonda (kcps).Id-daqs tal-partiċelli kien iddeterminat li jkun 125 ± 3 nm, u l-polidispersità rrappurtata kienet 0.289 ± 0.006.
Analizzatur tal-potenzjal zeta ZetaPlus (Brookhaven Instruments Corp.) intuża biex jinkiseb il-valur imkejjel tal-potenzjal zeta fil-modalità tat-tifrix tad-dawl tal-analiżi tal-fażi.Il-kampjun kien ippreparat billi żiedet alikwott ta' lattiċe ma' soluzzjoni ta' 5 × 10-3m NaCl u s-sospensjoni tal-latex ġiet dilwita mill-ġdid biex jinkiseb għadd ta' partiċelli ta' madwar 500 kcps.Twettqu ħames kejl ripetut (kull wieħed jikkonsisti f'30 runs), li rriżulta f'valur potenzjali zeta ta '-55.1 ± 2.8 mV, fejn l-iżball jirrappreżenta d-devjazzjoni standard tal-valur medju tal-ħames repetizzjonijiet.Dan il-kejl jindika li l-partiċelli huma ċċarġjati b'mod negattiv u jiffurmaw sospensjoni stabbli.Id-dejta potenzjali DLS u zeta tista 'tinstab fit-tabelli ta' informazzjoni ta 'appoġġ S2 u S3.
Bnejna t-tagħmir skont l-istandards ASTM Internazzjonali, kif deskritt hawn taħt u muri fil-Figura 1. Il-ġeneratur tal-ajrusol tal-modulu ta 'atomizzazzjoni Blaustein b'ġett wieħed (BLAM; CHTech) jintuża biex jipproduċi aerosols li fihom blalen tal-latex.In-nixxiegħa tal-arja ffiltrata (kiseb permezz tal-filtri GE Healthcare Whatman 0.3 µm HEPA-CAP u 0.2 µm POLYCAP TF f'serje) tidħol fil-ġeneratur tal-ajrusol fi pressjoni ta' 20 psi (6.9 kPa) u atomizza porzjon tal-5 mg L-1. sospensjoni Il-likwidu jiġi injettat fil-boċċa tal-latex tat-tagħmir permezz ta' pompa tas-siringa (KD Xjentifiku Mudell 100).Il-partiċelli mxarrbin bl-ajrusol huma mnixxfa billi tgħaddi l-fluss ta 'l-arja li jħalli l-ġeneratur ta' l-ajrusol minn skambjatur tas-sħana tubulari.L-iskambjatur tas-sħana jikkonsisti f'tubu ta 'l-istainless steel ta' 5/8” b'coil tat-tisħin twil 8 piedi.L-output huwa 216 W (BriskHeat).Skont l-arloġġ aġġustabbli tiegħu, l-output tal-heater huwa ssettjat għal 40% tal-valur massimu tal-apparat (≈86 W);dan jipproduċi temperatura medja tal-ħajt ta 'barra ta' 112 °C (devjazzjoni standard ≈1 °C), li hija determinata minn kejl ta 'thermocouple immuntat fuq il-wiċċ (Taylor USA).Figura S4 fl-informazzjoni ta 'appoġġ tiġbor fil-qosor il-prestazzjoni tal-heater.
Il-partiċelli atomizzati mnixxfa mbagħad jitħalltu ma 'volum akbar ta' arja ffiltrata biex tinkiseb rata totali ta 'fluss ta' arja ta '28.3 L min-1 (jiġifieri, pied kubu 1 kull minuta).Dan il-valur intgħażel minħabba li huwa r-rata tal-fluss preċiża tal-kampjun tal-istrument tal-analizzatur tal-partiċelli tal-lejżer 'l isfel mis-sistema.In-nixxiegħa ta' l-arja li ġġorr il-partiċelli tal-latex tintbagħat f'waħda miż-żewġ kmamar vertikali identiċi (jiġifieri tubi ta' l-istainless steel b'ħitan lixxi): kamra ta' "kontroll" mingħajr materjal tal-maskra, jew kamra ta' "kampjun" b'qatgħa ċirkolari li tista' tinqala' bl-użu Il-kontenitur tal-kampjun huwa mdaħħal barra mid-drapp.Id-dijametru ta 'ġewwa taż-żewġ kmamar huwa 73 mm, li jaqbel mad-dijametru ta' ġewwa tad-detentur tal-kampjun.Id-detentur tal-kampjun juża ċrieki grooved u boltijiet minquxa biex jissiġilla sewwa l-materjal tal-maskra, u mbagħad daħħal il-parentesi li tista 'tinqala' fil-vojt tal-kamra tal-kampjun, u ssiġillaha sewwa fl-apparat b'siegli tal-gomma u klampi (Figura S2, informazzjoni ta 'appoġġ).
Id-dijametru tal-kampjun tad-drapp f'kuntatt mal-fluss ta 'l-arja huwa 73 mm (erja = 41.9 cm2);huwa ssiġillat fil-kamra tal-kampjun matul it-test.Il-fluss ta 'l-arja li jħalli l-kamra ta' "kontroll" jew "kampjun" huwa trasferit għal analizzatur tal-partiċelli tal-laser (sistema ta 'kejl tal-partiċelli LASAIR III 110) biex ikejjel in-numru u l-konċentrazzjoni ta' partiċelli tal-lattiċe.L-analizzatur tal-partiċelli jispeċifika l-limiti aktar baxxi u ta' fuq tal-konċentrazzjoni tal-partiċelli, rispettivament 2 × 10-4 u ≈34 partiċelli għal kull pied kubu (7 u ≈950 000 partiċelli għal kull pied kubu).Għall-kejl tal-konċentrazzjoni tal-partiċelli tal-lattiċe, il-konċentrazzjoni tal-partiċelli hija rrappurtata f'"kaxxa" b'limitu aktar baxx u limitu ta' fuq ta' 0.10–0.15 µm, li jikkorrispondi għad-daqs approssimattiv tal-partiċelli tal-lattiċe singlet fl-ajrusol.Madankollu, jistgħu jintużaw daqsijiet oħra ta 'bins, u bins multipli jistgħu jiġu evalwati fl-istess ħin, b'daqs massimu ta' partiċelli ta '5 µm.
It-tagħmir jinkludi wkoll tagħmir ieħor, bħal tagħmir biex titlaħlaħ il-kamra u l-analizzatur tal-partiċelli b'arja nadifa ffiltrata, kif ukoll valvi u strumenti meħtieġa (Figura 1).Id-dijagrammi kompluti tal-pajpijiet u l-istrumentazzjoni huma murija fil-Figura S1 u t-Tabella S1 tal-informazzjoni ta 'appoġġ.
Matul l-esperiment, is-sospensjoni tal-lattiċe ġiet injettata fil-ġeneratur tal-ajrusol b'rata ta 'fluss ta' ≈60 sa 100 µL min-1 biex tinżamm output ta 'partiċelli stabbli, bejn wieħed u ieħor 14-25 partiċelli għal kull ċentimetru kubu (400 000-kull ċentimetru kubu) 700 000 partiċelli).Saqajn) f’kontenitur b’daqs ta’ 0.10–0.15 µm.Din il-firxa tar-rata tal-fluss hija meħtieġa minħabba l-bidliet osservati fil-konċentrazzjoni ta 'partiċelli tal-lattiċe 'l isfel mill-ġeneratur tal-ajrusol, li jistgħu jiġu attribwiti għal bidliet fl-ammont ta' sospensjoni tal-latex maqbuda min-nassa tal-likwidu tal-ġeneratur tal-ajrusol.
Sabiex titkejjel il-PFE ta 'kampjun tad-drapp partikolari, l-aerosol tal-partiċelli tal-latex jiġi l-ewwel trasferit mill-kamra tal-kontroll u mbagħad dirett lejn l-analizzatur tal-partiċelli.Kontinwament kejjel il-konċentrazzjoni ta 'tliet partiċelli f'suċċessjoni rapida, kull waħda ddum minuta.L-analizzatur tal-partiċelli jirrapporta l-konċentrazzjoni medja tal-ħin tal-partiċelli matul l-analiżi, jiġifieri, il-konċentrazzjoni medja tal-partiċelli f'minuta waħda (28.3 L) tal-kampjun.Wara li jittieħdu dawn il-kejl tal-linja bażi biex jiġi stabbilit għadd stabbli ta 'partiċelli u rata tal-fluss tal-gass, l-ajrusol jiġi trasferit għall-kamra tal-kampjun.Ladarba s-sistema tilħaq l-ekwilibriju (ġeneralment 60-90 sekonda), jittieħdu tliet kejlijiet oħra konsekuttivi ta 'minuta f'suċċessjoni rapida.Dawn il-kejl tal-kampjuni jirrappreżentaw il-konċentrazzjoni tal-partiċelli li jgħaddu mill-kampjun tad-drapp.Sussegwentement, billi qasmet il-fluss tal-ajrusol lura lejn il-kamra tal-kontroll, ittieħdu tliet kejlijiet oħra tal-konċentrazzjoni tal-partiċelli mill-kamra tal-kontroll biex jiġi vverifikat li l-konċentrazzjoni tal-partiċelli upstream ma nbidlitx sostanzjalment matul il-proċess kollu tal-evalwazzjoni tal-kampjun.Peress li d-disinn taż-żewġ kmamar huwa l-istess—ħlief li l-kamra tal-kampjun tista’ takkomoda d-detentur tal-kampjun — il-kundizzjonijiet tal-fluss fil-kamra jistgħu jitqiesu l-istess, għalhekk il-konċentrazzjoni tal-partiċelli fil-gass li jħallu l-kamra tal-kontroll u l-kamra tal-kampjun jistgħu jitqabblu.
Sabiex iżżomm il-ħajja tal-istrument tal-analizzatur tal-partiċelli u neħħi l-partiċelli tal-ajrusol fis-sistema bejn kull test, uża ġett tal-arja ffiltrat HEPA biex tnaddaf l-analizzatur tal-partiċelli wara kull kejl, u naddaf il-kamra tal-kampjun qabel ma tibdel il-kampjuni.Jekk jogħġbok irreferi għall-Figura S1 fl-informazzjoni ta 'appoġġ għal dijagramma skematika tas-sistema tal-flushing tal-arja fuq l-apparat PFE.
Dan il-kalkolu jirrappreżenta kejl PFE wieħed "ripetut" għal kampjun ta' materjal wieħed u huwa ekwivalenti għall-kalkolu PFE f'ASTM F2299 (Ekwazzjoni (2)).
Il-materjali deskritti f'§2.1 ġew ikkontestati b'aerosols tal-latex bl-użu tat-tagħmir PFE deskritt f'§2.3 biex jiddeterminaw l-adattabilità tagħhom bħala materjali tal-maskra.Il-Figura 2 turi l-qari miksub mill-analizzatur tal-konċentrazzjoni tal-partikuli, u l-valuri PFE ta 'drappijiet tas-suf u materjali tal-batting jitkejlu fl-istess ħin.Twettqu tliet analiżi tal-kampjuni għal total ta 'żewġ materjali u sitt repetizzjonijiet.Ovvjament, l-ewwel qari f'sett ta 'tliet qari (sfumati b'kulur eħfef) huwa ġeneralment differenti miż-żewġ qari l-oħra.Pereżempju, l-ewwel qari huwa differenti mill-medja taż-żewġ qari l-oħra fit-12-15-il trippla fil-Figura 2 b'aktar minn 5%.Din l-osservazzjoni hija relatata mal-bilanċ ta 'arja li fiha aerosol li tgħaddi mill-analizzatur tal-partiċelli.Kif diskuss f'Materjali u Metodi, il-qari tal-ekwilibriju (it-tieni u t-tielet kontroll u qari tal-kampjun) intuża biex jikkalkula l-PFE fi sfumaturi blu skur u aħmar fil-Figura 2, rispettivament.B'mod ġenerali, il-valur PFE medju tat-tliet repliki huwa 78% ± 2% għad-drapp tas-sweaters u 74% ± 2% għall-materjal tal-batting tal-qoton.
Biex jiġi evalwat il-prestazzjoni tas-sistema, ġew evalwati wkoll maskri mediċi ċċertifikati ASTM 2100 (L2, L3) u respirators NIOSH (N95).L-istandard ASTM F2100 jistabbilixxi l-effiċjenza tal-filtrazzjoni tal-partiċelli sub-micron ta 'partiċelli 0.1 µm ta' maskri tal-livell 2 u tal-livell 3 biex tkun ≥ 95% u ≥ 98%, rispettivament.[5] Bl-istess mod, respiraturi N95 ċertifikati NIOSH għandhom juru effiċjenza ta 'filtrazzjoni ta' ≥95% għal nanopartiċelli NaCl atomizzati b'dijametru medju ta '0.075 µm.[24] Rengasamy et al.Skont rapporti, maskri N95 simili juru valur PFE ta '99.84%–99.98%, [25] Zangmeister et al.Skont rapporti, l-N95 tagħhom jipproduċi effiċjenza minima ta 'filtrazzjoni ta' aktar minn 99.9%, [14] filwaqt li Joo et al.Skont rapporti, maskri 3M N95 ipproduċew 99% ta 'PFE (partiċelli 300 nm), [16] u Hao et al.L-N95 PFE irrappurtat (partiċelli 300 nm) huwa 94.4%.[17] Għaż-żewġ maskri N95 ikkontestati minn Shakya et al.bi blalen tal-latex ta '0.1 µm, il-PFE niżel bejn wieħed u ieħor bejn 80% u 100%.[19] Meta Lu et al.Bl-użu ta 'blalen tal-latex tal-istess daqs biex jiġu evalwati maskri N95, il-PFE medju huwa rrappurtat li huwa 93.8%.[20] Ir-riżultati miksuba bl-użu tat-tagħmir deskritt f'dan ix-xogħol juru li l-PFE tal-maskra N95 huwa 99.2 ± 0.1%, li huwa fi qbil tajjeb mal-biċċa l-kbira tal-istudji preċedenti.
Maskri kirurġiċi ġew ittestjati wkoll f'diversi studji.Il-maskri kirurġiċi ta 'Hao et al.wera PFE (partiċelli 300 nm) ta '73.4%, [17] filwaqt li t-tliet maskri kirurġiċi ttestjati minn Drewnick et al.Il-PFE prodott ivarja minn madwar 60% sa kważi 100%.[15] (L-aħħar maskra tista' tkun mudell iċċertifikat.) Madankollu, Zangmeister et al.Skont rapporti, l-effiċjenza minima tal-filtrazzjoni taż-żewġ maskri kirurġiċi ttestjati hija biss kemmxejn ogħla minn 30%, [14] ferm inqas mill-maskri kirurġiċi ttestjati f'dan l-istudju.Bl-istess mod, il-"maskra kirurġika blu" ittestjata minn Joo et al.Jipprova li PFE (partiċelli 300 nm) huwa biss 22%.[16] Shakya et al.irrapporta li l-PFE ta 'maskri kirurġiċi (bl-użu ta' partiċelli tal-latex 0.1 µm) naqas bejn wieħed u ieħor b'60-80%.[19] Bl-użu ta 'blalen tal-latex tal-istess daqs, il-maskra kirurġika ta' Lu et al. ipproduċiet riżultat PFE medju ta '80.2%.[20] B'paragun, il-PFE tal-maskra L2 tagħna huwa 94.2 ± 0.6%, u l-PFE tal-maskra L3 huwa 94.9 ± 0.3%.Għalkemm dawn il-PFEs jaqbżu ħafna PFEs fil-letteratura, irridu ninnutaw li kważi m'hemm l-ebda livell ta 'ċertifikazzjoni msemmi fir-riċerka preċedenti, u l-maskri kirurġiċi tagħna kisbu ċertifikazzjoni ta' livell 2 u livell 3.
Bl-istess mod li ġew analizzati l-materjali tal-maskra kandidati fil-Figura 2, saru tliet testijiet fuq is-sitt materjali l-oħra biex jiddeterminaw l-adattabilità tagħhom fil-maskra u juru l-operat tal-apparat PFE.Il-Figura 3 tfassal il-valuri PFE tal-materjali kollha ttestjati u tqabbelhom mal-valuri PFE miksuba billi jiġu evalwati materjali tal-maskra L3 u N95 iċċertifikati.Mill-11-il maskra/materjali tal-maskra kandidati magħżula għal dan ix-xogħol, tista' tidher b'mod ċar firxa wiesgħa ta' prestazzjoni tal-PFE, li tvarja minn ≈10% sa qrib il-100%, konsistenti ma' studji oħra, [8, 9, 15] u deskritturi tal-industrija M'hemm l-ebda relazzjoni ċara bejn PFE u PFE.Pereżempju, materjali b'kompożizzjoni simili (żewġ kampjuni ta 'qoton 100% u muslin tal-qoton) juru valuri PFE differenti ħafna (14%, 54%, u 13%, rispettivament).Iżda huwa essenzjali li prestazzjoni baxxa (per eżempju, 100% qoton A; PFE ≈ 14%), prestazzjoni medja (per eżempju, 70%/30% taħlita tal-qoton/poliester; PFE ≈ 49%) u prestazzjoni għolja (per eżempju, Tessili sweater; PFE ≈ 78%) Id-drapp jista 'jiġi identifikat b'mod ċar bl-użu tat-tagħmir PFE deskritt f'dan ix-xogħol.Speċjalment drappijiet tas-suf u materjali tal-batting tal-qoton wettqu tajjeb ħafna, bi PFEs li jvarjaw minn 70% sa 80%.Materjali ta 'prestazzjoni għolja bħal dawn jistgħu jiġu identifikati u analizzati f'aktar dettall biex jifhmu l-karatteristiċi li jikkontribwixxu għall-prestazzjoni għolja ta' filtrazzjoni tagħhom.Madankollu, irridu nfakkru li minħabba li r-riżultati PFE ta 'materjali b'deskrizzjonijiet simili tal-industrija (jiġifieri materjali tal-qoton) huma differenti ħafna, din id-dejta ma tindikax liema materjali huma utli ħafna għal maskri tad-drapp, u m'għandniex l-intenzjoni li niddeduċu l-proprjetajiet- kategoriji materjali.Ir-relazzjoni tal-prestazzjoni.Aħna nipprovdu eżempji speċifiċi biex nuru l-kalibrazzjoni, nuru li l-kejl ikopri l-firxa kollha ta 'effiċjenza ta' filtrazzjoni possibbli, u nagħtu d-daqs tal-iżball tal-kejl.
Ksibna dawn ir-riżultati PFE biex nippruvaw li t-tagħmir tagħna għandu firxa wiesgħa ta 'kapaċitajiet ta' kejl, żball baxx, u meta mqabbel ma 'dejta miksuba fil-letteratura.Per eżempju, Zangmeister et al.Ir-riżultati PFE ta 'diversi drappijiet tal-qoton minsuġ (eż. "Qoton 1-11″) (89 sa 812 ħajt kull pulzier) huma rrappurtati.F'9 mill-11-il materjal, l-"effiċjenza minima tal-filtrazzjoni" tvarja minn 0% sa 25%;il-PFE taż-żewġ materjali l-oħra huwa madwar 32%.[14] Bl-istess mod, Konda et al.Id-dejta PFE ta 'żewġ drappijiet tal-qoton (80 u 600 TPI; 153 u 152 gm-2) hija rrappurtata.Il-PFE tvarja minn 7% sa 36% u 65% sa 85%, rispettivament.Fl-istudju ta 'Drewnick et al., Fi drappijiet tal-qoton b'saff wieħed (jiġifieri qoton, knit tal-qoton, moleton; 139-265 TPI; 80-140 gm-2), il-firxa tal-materjal PFE hija madwar 10% sa 30%.Fl-istudju ta 'Joo et al., Il-materjal tal-qoton 100% tagħhom għandu PFE ta' 8% (partiċelli 300 nm).Bagheri et al.uża partiċelli tal-latex tal-polistirene ta' 0.3 sa 0.5 µm.Il-PFE ta 'sitt materjali tal-qoton (120-200 TPI; 136-237 gm-2) kien imkejjel, li jvarja minn 0% sa 20%.[18] Għalhekk, ħafna minn dawn il-materjali huma fi qbil tajjeb mar-riżultati PFE tat-tliet drappijiet tal-qoton tagħna (jiġifieri Veratex Muslin CT, Fabric Store Cottons A u B), u l-effiċjenza medja tal-filtrazzjoni tagħhom hija 13%, 14% u rispettivament.54%.Dawn ir-riżultati jindikaw li hemm differenzi kbar bejn il-materjali tal-qoton u li l-proprjetajiet materjali li jwasslu għal PFE għoli (jiġifieri l-qoton 600 TPI ta 'Konda et al.; il-qoton B tagħna) huma mifhuma ħażin.
Meta nagħmlu dawn il-paraguni, nammettu li huwa diffiċli li ssib materjali ttestjati fil-letteratura li għandhom l-istess karatteristiċi (jiġifieri, kompożizzjoni tal-materjal, insiġ u knitting, TPI, piż, eċċ.) Mal-materjali ttestjati f'dan l-istudju, u għalhekk ma jistgħux jitqabblu direttament.Barra minn hekk, id-differenzi fl-istrumenti użati mill-awturi u n-nuqqas ta 'standardizzazzjoni jagħmluha diffiċli biex isiru paraguni tajbin.Madankollu, huwa ċar li r-relazzjoni prestazzjoni/prestazzjoni ta 'drappijiet ordinarji mhix mifhuma tajjeb.Il-materjali se jiġu ttestjati aktar b'tagħmir standardizzat, flessibbli u affidabbli (bħal tagħmir deskritt f'dan ix-xogħol) biex jiddeterminaw dawn ir-relazzjonijiet.
Għalkemm hemm żball statistiku totali (0-5%) bejn replika waħda (0-4%) u l-kampjuni analizzati fi tliet kopji, it-tagħmir propost f'dan ix-xogħol wera li huwa għodda effettiva għall-ittestjar tal-PFE ta 'diversi materjali.Drappijiet ordinarji għal maskri mediċi ċertifikati.Ta 'min jinnota li fost il-11-il materjal ittestjat għall-Figura 3, l-iżball ta' propagazzjoni σprop jaqbeż id-devjazzjoni standard bejn il-kejl PFE ta 'kampjun wieħed, jiġifieri, l-σsd ta' 9 minn 11-il materjal;dawn iż-żewġ eċċezzjonijiet iseħħu f'valur PFE għoli ħafna (jiġifieri maskra L2 u L3).Għalkemm ir-riżultati ppreżentati minn Rengasamy et al.Li turi li d-differenza bejn kampjuni ripetuti hija żgħira (jiġifieri, ħames repetizzjonijiet <0.29%), [25] studjaw materjali bi proprjetajiet ta 'filtrazzjoni magħrufa għolja ddisinjati speċifikament għall-manifattura tal-maskra: il-materjal innifsu jista' jkun aktar uniformi, u t-test huwa wkoll Dan żona tal-firxa PFE tista 'tkun aktar konsistenti.B'mod ġenerali, ir-riżultati miksuba bl-użu tat-tagħmir tagħna huma konsistenti mad-dejta PFE u l-istandards ta 'ċertifikazzjoni miksuba minn riċerkaturi oħra.
Għalkemm PFE huwa indikatur importanti biex titkejjel il-prestazzjoni ta 'maskra, f'dan il-punt irridu nfakkru lill-qarrejja li analiżi komprensiva tal-materjali tal-maskra futuri għandha tikkunsidra fatturi oħra, jiġifieri, permeabilità tal-materjal (jiġifieri permezz ta' waqgħa fil-pressjoni jew test ta 'pressjoni differenzjali ).Hemm regolamenti fl-ASTM F2100 u F3502.Nifs aċċettabbli huwa essenzjali għall-kumdità ta 'min jilbisha u jipprevjeni t-tnixxija tat-tarf tal-maskra waqt in-nifs.Peress li l-PFE u l-permeabilità tal-arja ta 'ħafna materjali komuni huma ġeneralment proporzjonali inversament, il-kejl tal-waqgħa tal-pressjoni għandu jitwettaq flimkien mal-kejl PFE biex jevalwaw b'mod aktar sħiħ il-prestazzjoni tal-materjal tal-maskra.
Nirrakkomandaw li l-linji gwida għall-bini ta 'tagħmir PFE skont ASTM F2299 huma essenzjali għal titjib kontinwu tal-istandards, ġenerazzjoni ta' data ta 'riċerka li tista' titqabbel bejn laboratorji ta 'riċerka, u titjib tal-filtrazzjoni tal-ajrusol.Jiddependu biss fuq l-istandard NIOSH (jew F3502), li jispeċifika apparat wieħed (TSI 8130A) u jirrestrinġi r-riċerkaturi milli jixtru apparati turnkey (pereżempju, sistemi TSI).Id-dipendenza fuq sistemi standardizzati bħat-TSI 8130A hija importanti għaċ-ċertifikazzjoni standard attwali, iżda tillimita l-iżvilupp ta 'maskri, respiraturi, u teknoloġiji oħra ta' filtrazzjoni tal-ajrusol li jmorru kontra l-progress tar-riċerka.Ta 'min jinnota li l-istandard NIOSH ġie żviluppat bħala metodu għall-ittestjar tar-respiraturi taħt il-kundizzjonijiet ħorox mistennija meta dan it-tagħmir ikun meħtieġ, iżda b'kuntrast, maskri kirurġiċi huma ttestjati bil-metodi ASTM F2100/F2299.Il-forma u l-istil tal-maskri tal-komunità huma aktar bħal maskri kirurġiċi, li ma jfissirx li għandhom prestazzjoni eċċellenti ta 'effiċjenza ta' filtrazzjoni bħal N95.Jekk il-maskri kirurġiċi għadhom evalwati skont ASTM F2100/F2299, drappijiet ordinarji għandhom jiġu analizzati bl-użu ta 'metodu eqreb għal ASTM F2100/F2299.Barra minn hekk, ASTM F2299 jippermetti flessibilità addizzjonali f'parametri differenti (bħar-rata tal-fluss tal-arja u l-veloċità tal-wiċċ fi studji tal-effiċjenza tal-filtrazzjoni), li jistgħu jagħmluha standard superjuri approssimattiv f'ambjent ta 'riċerka.
Ħin tal-post: Awissu-30-2021