呼吸流速对口罩滤过的影响

描述口罩的过滤效率应指明相应的测试流速。科学研究中给出的流速通常是通过测速仪测量的。实际上佩戴口罩时呼吸的迎面风速与仪器测出的流速不同。仪器测量的流速是气流通过一个与气流方向垂直的横截平面的速度,而通常口罩表面并不是一个平面,因此口罩迎面风速实际上要小于仪器测量的空气流速。

早期研究多在恒定的抽气流量下检测口罩的过滤效率。通常采用l 0L/min,30L/min和85L/min流量模拟劳动者轻体力劳动、中体力劳动和极重度体力劳动时的呼吸状态。大量前期研究表明口罩的渗透率和总泄漏率随着测试流速的增加而增大。然而,恒定的抽气流量并不能真实反映口罩实际使用时佩戴者的呼吸状态。


呼吸流速对口罩滤过的影响


新型的口罩过滤效率测试系统对此做出了改进,采用模拟呼吸状态的循环气流代替恒定气流。通过呼吸记录与仿真系统,预先将口罩佩戴者的呼吸模式记录在程序中,在过滤效率测试时产生相应的循环气流模拟口罩的使用条件。描述循环气流的两个指标为平均吸气流量(Mean Inspiratory Flow, MIF)和呼吸频率。

研究表明,随着MIF增大,总泄漏率减小,这与使用恒定测试流速测得的结果相反。总泄漏率包括通过口罩边缘的密封泄漏率和通过口罩过滤层的渗透率两部分。佩戴口罩呼吸时,通过密封泄漏漏入口罩的粒子数远大于通过过滤层漏入的粒子数,密封泄漏对总泄漏率的影响大约是过滤层渗透的7-20倍。因此,虽然MIF增大会导致过滤层渗透率增大,但是随着MIF增大,过滤式口罩内腔将产生更大的负压使口罩与人脸更紧密地贴合减小口罩边缘的泄漏,从而使总泄漏率减小。


呼吸流速对口罩滤过的影响


微生物气溶胶通常是亚微米级的,有研究指出随着测试流速的增加,防尘口罩对亚微米级气溶胶颗粒的渗透率随之上升,而对于空气动力学直径大于1um的颗粒,这种效果并不明显 。可见相对于粒径较大的非生物气溶胶,呼吸流速对微生物气溶胶过滤的影响更大。另有研究发现在高测试流速下亚微米级的颗粒更容易通过口罩,同时它们对渗透过口罩的所有颗粒的总质量的贡献非常小 。

对于非生物气溶胶,通常通过计算颗粒总质量来评价健康危害。而对于微生物气溶胶,漏入口罩的颗粒数量才是评估健康危害的关键。少量病原微生物漏入口罩便足以致病。因此,针对微生物气溶胶使用计数检测技术更为恰当。


呼吸流速对口罩滤过的影响


从这些研究可以看出,微生物空气动力学直径并不是预测口罩对其渗透率的最佳参数,在空气动力学直径相同的情况下,亦不能单纯通过微生物颗粒形状来预测通过率。在评价口罩对微生物的滤过性能时,应综合考虑微生物的空气动力学直径,形状和长宽比。

口罩作为微生物侵入人体的最后一道防线,其防护性能对保护佩戴者身体健康和生命安全有重要意义。口罩的防护性能受多种因素的影响,如过滤材料的滤过效率,生物气溶胶的空气动力学尺寸,呼吸流速,与佩戴者面部的适合性以及口罩的保存时间,重复使用等。选择生物性防护口罩应综合考虑这些因素的影响。根据不同的劳动环境和微生物暴露剂量选择滤材适当大小合适的口罩,是确保高水平的呼吸防护的前提。



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