供氣流速對口罩死腔測試結果的影響

馬 玲，黃楊，沈悅明

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術研究院，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身佩戴的防護用品?？谡值倪^濾等級越高，說明其過濾效果越好。然而，在保證口罩具有較好過濾效果的同時，還要注意使其具有比較好的通氣阻力，這樣人們佩戴此類口罩的時候才會感覺舒適，因而對口罩死腔性能的測試就顯得尤其重要。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，可能導致被吸入的二氧化碳氣體濃度高，產(chǎn)生呼吸不順，甚至窒息的危險[1]。

口罩作為一種簡單的面罩，按結構可分為隨棄式面罩、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口罩死腔性能的影響，本文主要對在不同的二氧化碳供氣流速下死腔的測試結果進行分析。

1 試驗

1.1 測試原理

參照GB 2626—2019《呼吸防護 自吸過濾式防顆粒物呼吸器》（以下簡稱GB 2626）6.9條款中的死腔要求進行，所用口罩死腔測試儀詳見圖1。通過計算吸入二氧化碳的體積分數(shù)與環(huán)境中二氧化碳的體積分數(shù)的差值，評估呼吸系統(tǒng)的使用安全性。

圖1 口罩死腔測試儀

測試時，實驗室溫度需控制在16～32 ℃，呼吸模擬器的呼吸頻率和潮氣量分別設定為20 次/min和1.5 L，保持室內(nèi)通風，并使得檢測環(huán)境中二氧化碳的體積分數(shù)≤0.1%，同時注意環(huán)境中二氧化碳含量的檢測點應在被測樣品的正前方約1 m 處。檢測時，在測試樣品的側面放置一個小風扇，以保證氣流在面罩面前產(chǎn)生的流速為0.5 m/s。打開儀器，同時設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)檢測吸入二氧化碳氣體和環(huán)境中的二氧化碳體積分數(shù)，直至穩(wěn)定。當環(huán)境中的二氧化碳體積分數(shù)≤0.1%時，測試才是有效的[2-3]。結果用吸入氣體中的二氧化碳體積分數(shù)減去檢測環(huán)境中的二氧化碳體積分數(shù)的差值表示[4]。一般隨棄式面罩測試時，3個樣品各測試1次，而全面罩和半面罩均采取每個樣品測試3 次的方法，并取3 個測試值的平均值為測試結果。當二氧化碳的測試結果小于1%，結果才是合格的[5]。

1.2 試樣

GB 2626 適用于過濾式口罩，且將口罩的過濾級別分為KN90、KN95、KN100。因此，試驗選用的口罩為3M KN95、3M KN90、3M KN100 3種類別，均為隨棄式半面罩。對每個口罩的死腔均測試3次，結果取平均值。

1.3 供氣流速

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

2 結果與討論

2.1 供氣流速對隨棄式半面罩口罩死腔測試結果的影響

供氣流速對三類規(guī)格的隨棄式半面罩口罩死腔的測試結果詳見表1～表3。

表1 不同供氣流速對隨棄式半面罩3M KN95口罩死腔測試結果的影響

表2 不同供氣流速對隨棄式半面罩3M KN90口罩死腔測試結果的影響

表3 不同供氣流速對隨棄式半面罩3M KN100口罩死腔測試結果的影響

由表1可知，供氣流速對3M KN95口罩死腔的測試結果影響較大：隨著供氣流速的增加，死腔的測試結果變大；供氣流速較大的時候，死腔的測試結果差異性較大，且死腔的測試結果隨著供氣流速的減小逐漸趨于穩(wěn)定。當供氣流速為4.0 mm/s時，死腔測試結果為4.657%，變異系數(shù)為43.189%；當供氣流速為0.8 mm/s 時，死腔的測試結果為0.833%，變異系數(shù)僅為0.263%。這說明供氣流速越大，死腔的測試結果越不穩(wěn)定，存在的差異性較大；當調(diào)低供氣流速至較小值后，結果趨于穩(wěn)定，存在的差異性也較小?？梢姡饬魉僭叫?，死腔測試結果曲線越趨于穩(wěn)定。

由表2可知，供氣流速對3M KN90口罩死腔的測試結果影響也較大，且死腔的測試結果隨著供氣流速的減小而逐漸趨于穩(wěn)定。當供氣流速為4.0 mm/s時，死腔測試結果為4.564%，變異系數(shù)為43.447%；當供氣流速為0.8 mm/s 時，死腔測試結果為0.733%，變異系數(shù)僅為0.430%?？梢姡饬魉僭叫?，死腔測試結果曲線越趨于穩(wěn)定。

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

由此可見，供氣流速對三類口罩死腔測試結果的影響非常相似，即：供氣流速大，死腔測試結果大，且3 次所測結果存在的差異性也大；當供氣流速較小時，死腔測試結果變小，且逐漸趨于穩(wěn)定。

2.2 實驗室的比對

由于國家強制性標準GB 2626 對死腔測試結果的修約沒有具體規(guī)定，因此不同實驗室之間對死腔測試結果的可能修約數(shù)值不同。表4列出了4家實驗室對三類口罩死腔測試的結果，其中4#為本實驗室所測結果。

表4 實驗室間口罩死腔測試結果比對 %

由表4 可知：4 家實驗室對口罩死腔測試的結果差異不大。當供氣流速設置過大時，所得測試結果存在較大的差異，因而不具可比性。因此，為了獲得穩(wěn)定的測試結果，在供氣流速的設置對死腔測試結果影響較大的前提下，在測試過程中應適當降低供氣流速。

經(jīng)過比對測試，4家實驗室一致認為，將供氣流速設置為0.8～1.0 mm/s較為合理。

3 結論

（1）供氣流速對不同過濾類型的口罩死腔測試結果的影響較大，因此設置合適的供氣流速對測試結果非常重要。降低供氣流速可使測試結果逐漸趨于穩(wěn)定，將供氣流速設置為0.8 mm/s時可獲得穩(wěn)定的測試結果。不同的設備需要對供氣流速進行調(diào)試，以保證實驗結果的準確性。

（2）供氣流速增大，使得二氧化碳氣體分布不勻，尤其是排出速率可能低于供氣速率，會導致測試結果偏高；供氣流速降低，能夠使二氧化碳氣體充分排出，避免管道內(nèi)的二氧化碳氣體影響最終試驗結果，提高試驗結果的均勻性與準確性。

（3）由于國家強制標準GB 2626 中沒有對供氣流速有著具體規(guī)定，當測試所用儀器設備不同時，應在測試前進行相關調(diào)試。