國內外口罩顆粒過濾效率測試儀對比分析

陳佳懷 梁濤 劉焱峣

摘要：本文對比了國內外兩臺不同類型的顆粒物過濾效率測試儀的技術參數、試驗原理以及檢測方法;對兩臺設備進行了過濾效率的對比試驗;最后分析導致對比試驗結果差異性的原因。

關鍵詞：口罩;顆粒物過濾效率;測試儀

前言

2020年以來，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。國內口罩的需求量呈爆發(fā)性增長，相應地引發(fā)國內各企業(yè)大批量的生產口罩。在大規(guī)模生產口罩的背景下，人們對所佩戴的口罩是否具備較好的防護作用也較為重視，其中顆粒物過濾效率成為了人們評判口罩性能好壞的重要技術指標之一?？谡值倪^濾效率是指在規(guī)定檢測條件下，過濾元件濾除顆粒物的水平。

國內針對不同類型的防護口罩，制定相應的標準，如GB 2626-2019《呼吸防護 自吸過濾式防顆粒物呼吸器》、GB/T 32610-2016《日常防護型口罩技術規(guī)范》、YY 0469-2011《醫(yī)用外科口罩》、GB 19083-2010《醫(yī)用防護口罩技術要求》、GB/T38880-2020《兒童口罩技術規(guī)范》等。這些標準中顆粒物過濾效率檢測方法或檢測條件也不盡相同。譬如：GB 2626-2019規(guī)定，在氣體流量為（85±4）L/min的測試條件下，以每個呼吸器過濾元件累計（200±5）mg顆粒物加載量為基本要求測試顆粒物過濾效率; GB/T 32610-2016規(guī)定，在氣體流量為（85±4）L/min的測試條件下，以口罩罩體累計30mg顆粒物加載量為基本要求測試顆粒物過濾效率等。

同時口罩的過濾效率測試裝置也受到人們的關注。為了研究各類日常防護口罩、醫(yī)用防護口罩和其他過濾材料的過濾效率，國內外研發(fā)了許多不同類型的過濾效率測試裝置。日本開發(fā)的JIS檢測系統(tǒng)通過捕集效率、清灰效率、殘留粉塵量等結合實驗條件來評價濾料的特性。德國PALAS公司生產的MFP-3000濾料測試裝置在歐洲一些廠家和檢測機構受到廣泛使用，一些醫(yī)療機構與高校實驗室對于口罩過濾性能的實驗研究，常使用仿生人頭模型來固定口罩，然后放入封閉氣箱內進行測試。目前，國內行業(yè)中較多使用美國TSI-8130型自動濾料檢測儀進行測試評價口罩顆粒物過濾效率的水平。但受限于該裝置價格昂貴、供不應求，國內一些企業(yè)根據口罩相關標準要求，研制出各種類型的測試裝置。如曹海罡研究了一種基于計數法的口罩過濾效率檢測儀;張茜設計了一種口罩鹽性顆粒物過濾效率試驗臺。

本文主要通過對比國內外兩款不同型號的口罩顆粒過濾效率測試裝置的技術參數、測試結果、測試原理和方法，來分析國內外設備對測試結果的影響。

1測試儀的技術參數對比

口罩顆粒物過濾效率測試原理：通過氣溶膠發(fā)生器發(fā)生一定濃度及粒徑分布的氣溶膠，以規(guī)定的氣體流量通過口罩罩體。使用適宜的顆粒物檢測裝置（儀器）檢測口罩罩體前后的顆粒物濃度。以氣溶膠通過口罩罩體后的顆粒物濃度減少量與通過口罩罩體前顆粒物濃度的比值（以百分比計）來評價口罩罩體對顆粒物的過濾效率。

本文選擇兩款常見的測試儀做對比：A裝置為國內設備，B裝置為國外設備。

A裝置，主要技術參數如下：

（1）流量范圍：（30～100）L/min（可調范圍0～85L），精度：1%（出廠默認30L/min，YY 0469-2011標準）;

（2）過濾效率：（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30mg/m（鹽性），不超過30mg/m（油性）;

（8）計數中位徑：鹽性顆粒（0.075±0.02）μm、油性顆粒（0.185±0.02）μm;

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

（10）粒度分布幾何標準偏差：鹽性顆?！?.86，油性顆粒≤1.60;

（11）氣溶膠濃度檢測方式：激光（熒光誘導）法;

（12）動態(tài)檢測范圍：（0.001～30）mg/m，精度：1%;

B裝置，主要結構技術參數組成如下：

（1）流量范圍：（30～100）L/min，精度：1%;

（2）過濾效率：（0.001～99.999）%;

（3）壓力測量：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）計數中位徑：鹽性顆粒0.075μm、油性顆粒0.20μm;

（7）粒度分布幾何標準偏差：鹽性顆粒<1.86，油性顆粒<1.60;

（8）氣溶膠濃度檢測范圍：1μg/m～200mg/m;

（9）氣溶膠濃度檢測方式：光散射法、激光光度計;

將A和B兩種裝置的主要技術參數和GB 2626-2019、GB/T 32610-2016以及YY 0469-2011標準要求的測試設備技術指標作對比，見表1。

通過對AB兩款裝置主要技術參數與標準要求測試設備技術要求的對比進行分析，可以看出：A型裝置的顆粒物檢測器的動態(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。不能完全滿足標準的要求。

2測試儀的試驗對比

2.1試驗條件

1）3種測試樣品：一塊均勻濾布（以下簡稱：樣品1）、穩(wěn)定同批次的平面口罩（以下簡稱：樣品2）和穩(wěn)定同批次的過濾片（以下簡稱：樣品3）;

2）試驗標準：GB/T 32610-2016《日常防護型口罩技術規(guī)范》;

3）試驗裝置：A裝置、B裝置;

4）測試流量：85L/min;

5）介質：氯化鈉氣溶膠;

6）加載量：30mg。

2.2試驗結果

A裝置無可直讀的實際加載量，測試按默認參數設置，加載濃度為默認濃度≤30mg/m，每次測試60s，測試3次及以上;B裝置選擇同樣參數條件的測試且追加設定加載濃度20mg/m3，每隔60s記錄一次數據。所測的結果取最低值，并保留一位小數作為最終樣品的過濾效率結果。試驗結果見表2。

3檢測儀測試結果對比分析

從表2結果可知：

1、對同批次的樣品，A裝置的得出的效率值與B裝置有差異，B裝置測試的效率值較低;

2、樣品的效率越低，A裝置測試的過濾效率與B裝置測試過濾效率的差值越大。

就引起試驗結果差異的原因，做以下分析：

3.1測試原理對比分析

A裝置試驗過程中某一時刻結果顯示見表3。

B裝置測試過程中某一時刻結果顯示如表4。

通過表3內容可知，A裝置采用六通道的粒子計數器，可同時觀察到六個不同粒徑通道粒子的數目及其變化情況，通過計數的方式進而計算過濾效率。表4內容可知，B裝置采用上下游分光光度計檢測氣溶膠濃度，并計算過濾效率。B裝置氣溶膠光度計檢測的是計重濃度。對比A裝置和B裝置，A裝置的粒子計數器是直接檢測顆粒物數量，其測試原理與B裝置不一致。

A裝置與B裝置數據上的差距，大部分是由于顆粒物傳感器的類型不同導致的。一般粒子的濃度分布曲線與數量分布曲線并不重合，大粒子在重量分布中占有較大比重。粒子的計數數值明顯會比粒子的重量數值大好多倍。因此，A型與B型裝置測試原理不一致，也導致其得到的過濾效率結果有差異。

3.2測試方法對比分析

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

A裝置無法顯示和確定實際測試的加載量，而B裝置可以監(jiān)測加載量，這導致了測試的過濾效率結果差異。

通過表3內容可知，粒子數量是按粒子粒徑的增大而增多的。而且10.0μm的粒子數量約是0.3μm粒子數量的2.5倍。GB/T 32610-2016標準中對粒子發(fā)生器的要求是：NaCl顆粒物計數中位徑（CMD）：（0.075±0.020）μm，粒度分布的幾何標準偏差≤1.86，換算為質量中位徑（MMD），NaCl顆粒物粒徑范圍：（0.249～0.430）μm。A裝置實際采集到的粒子分布與標準要求的分布存在差異;B裝置無法獲取粒子發(fā)生器NaCl顆粒物計數中位徑（CMD）的信息。粒子分布的差異也可能是造成試驗結果差異的原因之一。

4 結論

本文通過對比了國內外兩臺不同類型的顆粒物過濾效率測試儀的技術參數，發(fā)現(xiàn)其存在一定的差異，國內設備不能完全覆蓋現(xiàn)行標準要求;同時，對兩臺設備進行了過濾效率的對比試驗，發(fā)現(xiàn)其試驗結果存在差異;導致對比試驗結果存在差異源于國內外裝置的試驗原理以及檢測方法有所不同，這些不同點對試驗結果產生較大影響。

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