呼吸流速對口罩濾過的影響

描述口罩的過濾效率應指明相應的測試流速。科學研究中給出的流速通常是通過測速儀測量的。實際上佩戴口罩時呼吸的迎面風速與儀器測出的流速不同。儀器測量的流速是氣流通過一個與氣流方向垂直的橫截平面的速度,而通常口罩表面並不是一個平面,因此口罩迎面風速實際上要小於儀器測量的空氣流速。

早期研究多在恆定的抽氣流量下檢測口罩的過濾效率。通常採用l 0L/min,30L/min和85L/min流量模擬勞動者輕體力勞動、中體力勞動和極重度體力勞動時的呼吸狀態。大量前期研究表明口罩的滲透率和總洩漏率隨著測試流速的增加而增大。然而,恆定的抽氣流量並不能真實反映口罩實際使用時佩戴者的呼吸狀態。


呼吸流速對口罩濾過的影響


新型的口罩過濾效率測試系統對此做出了改進,採用模擬呼吸狀態的循環氣流代替恆定氣流。通過呼吸記錄與仿真系統,預先將口罩佩戴者的呼吸模式記錄在程序中,在過濾效率測試時產生相應的循環氣流模擬口罩的使用條件。描述循環氣流的兩個指標為平均吸氣流量(Mean Inspiratory Flow, MIF)和呼吸頻率。

研究表明,隨著MIF增大,總洩漏率減小,這與使用恆定測試流速測得的結果相反。總洩漏率包括通過口罩邊緣的密封洩漏率和通過口罩過濾層的滲透率兩部分。佩戴口罩呼吸時,通過密封洩漏漏入口罩的粒子數遠大於通過過濾層漏入的粒子數,密封洩漏對總洩漏率的影響大約是過濾層滲透的7-20倍。因此,雖然MIF增大會導致過濾層滲透率增大,但是隨著MIF增大,過濾式口罩內腔將產生更大的負壓使口罩與人臉更緊密地貼合減小口罩邊緣的洩漏,從而使總洩漏率減小。


呼吸流速對口罩濾過的影響


微生物氣溶膠通常是亞微米級的,有研究指出隨著測試流速的增加,防塵口罩對亞微米級氣溶膠顆粒的滲透率隨之上升,而對於空氣動力學直徑大於1um的顆粒,這種效果並不明顯 。可見相對於粒徑較大的非生物氣溶膠,呼吸流速對微生物氣溶膠過濾的影響更大。另有研究發現在高測試流速下亞微米級的顆粒更容易通過口罩,同時它們對滲透過口罩的所有顆粒的總質量的貢獻非常小 。

對於非生物氣溶膠,通常通過計算顆粒總質量來評價健康危害。而對於微生物氣溶膠,漏入口罩的顆粒數量才是評估健康危害的關鍵。少量病原微生物漏入口罩便足以致病。因此,針對微生物氣溶膠使用計數檢測技術更為恰當。


呼吸流速對口罩濾過的影響


從這些研究可以看出,微生物空氣動力學直徑並不是預測口罩對其滲透率的最佳參數,在空氣動力學直徑相同的情況下,亦不能單純通過微生物顆粒形狀來預測通過率。在評價口罩對微生物的濾過性能時,應綜合考慮微生物的空氣動力學直徑,形狀和長寬比。

口罩作為微生物侵入人體的最後一道防線,其防護性能對保護佩戴者身體健康和生命安全有重要意義。口罩的防護性能受多種因素的影響,如過濾材料的濾過效率,生物氣溶膠的空氣動力學尺寸,呼吸流速,與佩戴者面部的適合性以及口罩的保存時間,重複使用等。選擇生物性防護口罩應綜合考慮這些因素的影響。根據不同的勞動環境和微生物暴露劑量選擇濾材適當大小合適的口罩,是確保高水平的呼吸防護的前提。



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