सुरक्षा उपकरण र सामग्रीको लागि उत्कृष्टता केन्द्र (CEPEM), 1280 Main St. W., Hamilton, ON, क्यानाडा
यस लेखको पूर्ण पाठ संस्करण आफ्ना साथीहरू र सहकर्मीहरूसँग साझेदारी गर्न तलको लिङ्क प्रयोग गर्नुहोस्।अझै सिक।
सार्वजनिक स्वास्थ्य एजेन्सीहरूले COVID-19 जस्ता वायुजन्य रोगहरूको फैलावट कम गर्न समुदायहरूले मास्क प्रयोग गर्न सिफारिस गर्छन्।जब मास्कले उच्च दक्षता फिल्टरको रूपमा काम गर्छ, भाइरसको फैलावट कम हुनेछ, त्यसैले मास्कको कण निस्पंदन दक्षता (PFE) मूल्याङ्कन गर्न महत्त्वपूर्ण छ।यद्यपि, उच्च लागत र लामो नेतृत्व समय टर्नकी PFE प्रणाली खरिद गर्न वा एक मान्यता प्राप्त प्रयोगशाला भाडामा फिल्टर सामग्रीको परीक्षणमा बाधा पुर्याउँछ।त्यहाँ स्पष्ट रूपमा "अनुकूलित" PFE परीक्षण प्रणालीको आवश्यकता छ;यद्यपि, (मेडिकल) मास्क (उदाहरणका लागि, एएसटीएम इन्टरनेसनल, एनआईओएसएच) को पीएफई परीक्षणलाई सिफारिस गर्ने विभिन्न मापदण्डहरू तिनीहरूको प्रोटोकल र दिशानिर्देशहरूको स्पष्टतामा धेरै भिन्न हुन्छन्।यहाँ, "आन्तरिक" PFE प्रणालीको विकास र हालको मेडिकल मास्क मापदण्डको सन्दर्भमा मास्क परीक्षण गर्ने विधि वर्णन गरिएको छ।ASTM अन्तर्राष्ट्रिय मापदण्डहरू अनुसार, प्रणालीले लेटेक्स स्फेरहरू (०.१ µm नाममात्र साइज) एरोसोलहरू प्रयोग गर्दछ र मास्क सामग्रीको माथिल्लो भाग र डाउनस्ट्रीम कण एकाग्रता मापन गर्न लेजर कण विश्लेषक प्रयोग गर्दछ।विभिन्न साधारण कपडाहरू र मेडिकल मास्कहरूमा PFE मापनहरू प्रदर्शन गर्नुहोस्।यस कार्यमा वर्णन गरिएको विधिले PFE परीक्षणको हालको मापदण्डहरू पूरा गर्दछ, जबकि परिवर्तनशील आवश्यकताहरू र फिल्टरिंग अवस्थाहरूमा अनुकूलन गर्न लचिलोपन प्रदान गर्दछ।
सार्वजनिक स्वास्थ्य एजेन्सीहरूले COVID-19 र अन्य ड्रपलेट र एरोसोल-जनित रोगहरूको फैलावटलाई सीमित गर्न सामान्य जनसंख्याले मास्क लगाउन सिफारिस गर्छन्।[१] मास्क लगाउनु पर्ने आवश्यकता प्रसारण कम गर्न प्रभावकारी हुन्छ, र [२] परीक्षण नगरिएको सामुदायिक मास्कले उपयोगी फिल्टरिङ प्रदान गर्दछ।वास्तवमा, मोडलिङ अध्ययनहरूले देखाएको छ कि COVID-19 प्रसारणमा कमी मास्कको प्रभावकारिता र अपनाउने दरको संयुक्त उत्पादनसँग लगभग समानुपातिक छ, र यी र अन्य जनसंख्या-आधारित उपायहरूले अस्पताल भर्ना र मृत्यु घटाउनमा समन्वयात्मक प्रभाव पारेको छ।[३]
स्वास्थ्य सेवा र अन्य फ्रन्टलाइन कामदारहरूलाई आवश्यक प्रमाणित मेडिकल मास्क र रेस्पिरेटरहरूको संख्या नाटकीय रूपमा बढेको छ, अवस्थित उत्पादन र आपूर्ति श्रृंखलाहरूमा चुनौतीहरू खडा गर्दै, र नयाँ निर्माताहरूलाई द्रुत रूपमा परीक्षण र नयाँ सामग्रीहरू प्रमाणित गर्नको लागि।एएसटीएम इन्टरनेशनल र नेशनल इन्स्टिच्युट अफ अकुपेशनल सेफ्टी एण्ड हेल्थ (एनआईओएसएच) जस्ता संस्थाहरूले मेडिकल मास्क परीक्षणका लागि मानकीकृत विधिहरू विकास गरेका छन्;यद्यपि, यी विधिहरूका विवरणहरू व्यापक रूपमा भिन्न हुन्छन्, र प्रत्येक संस्थाले आफ्नै कार्यसम्पादन मापदण्डहरू स्थापना गरेको छ।
कण निस्पंदन दक्षता (PFE) मास्कको सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण विशेषता हो किनभने यो एरोसोल जस्ता साना कणहरू फिल्टर गर्ने क्षमतासँग सम्बन्धित छ।एएसटीएम इन्टरनेशनल वा एनआईओएसएच जस्ता नियामक एजेन्सीहरूद्वारा प्रमाणित हुनको लागि मेडिकल मास्कहरूले निश्चित PFE लक्ष्यहरू[4-6] पूरा गर्नुपर्छ।सर्जिकल मास्कहरू ASTM द्वारा प्रमाणित छन्, र N95 रेस्पिरेटरहरू NIOSH द्वारा प्रमाणित छन्, तर दुवै मास्कहरूले PFE कट-अफ मानहरू पास गर्नुपर्छ।उदाहरणका लागि, N95 मास्कहरूले 0.075 µm व्यासको औसत व्यासको नुन कणहरू मिलेर बनेका एरोसोलहरूका लागि 95% निस्पंदन हासिल गर्नुपर्छ, जबकि ASTM 2100 L3 सर्जिकल मास्कहरूले औसत F1µm व्यासको लेटेक्स बलहरूबाट बनेको एरोसोलहरूको लागि 98% फिल्टरेशन हासिल गर्नुपर्छ। ।
पहिलो दुई विकल्पहरू महँगो छन् (> $1,000 प्रति परीक्षण नमूना, तोकिएका उपकरणहरूको लागि $150,000 अनुमानित), र COVID-19 महामारीको समयमा, लामो डेलिभरी समय र आपूर्ति मुद्दाहरूको कारणले ढिलाइ हुन्छ।PFE परीक्षणको उच्च लागत र सीमित पहुँच अधिकारहरू - मानकीकृत प्रदर्शन मूल्याङ्कनहरूमा सुसंगत मार्गदर्शनको अभावको साथ-ले अनुसन्धानकर्ताहरूलाई विभिन्न अनुकूलित परीक्षण प्रणालीहरू प्रयोग गर्न प्रेरित गरेको छ, जुन प्रायः प्रमाणित मेडिकल मास्कहरूको लागि एक वा बढी मापदण्डहरूमा आधारित हुन्छ।
अवस्थित साहित्यमा पाइने विशेष मास्क सामग्री परीक्षण उपकरण सामान्यतया माथि उल्लेखित NIOSH वा ASTM F2100/F2299 मापदण्डहरूसँग मिल्दोजुल्दो छ।यद्यपि, अन्वेषकहरूसँग उनीहरूको प्राथमिकता अनुसार डिजाइन वा अपरेटिङ प्यारामिटरहरू छनौट गर्ने वा परिवर्तन गर्ने अवसर छ।उदाहरणका लागि, नमूना सतह वेग, हावा/एरोसोल प्रवाह दर, नमूना आकार (क्षेत्र), र एरोसोल कण संरचनामा परिवर्तनहरू प्रयोग गरिएको छ।धेरै भर्खरका अध्ययनहरूले मास्क सामग्रीहरूको मूल्यांकन गर्न अनुकूलित उपकरणहरू प्रयोग गरेका छन्।यी उपकरणहरूले सोडियम क्लोराइड एरोसोलहरू प्रयोग गर्छन् र NIOSH मापदण्डहरू नजिक छन्।उदाहरणका लागि, रोगक एट अल।(2020), Zangmeister et al।(२०२०), ड्रनिक एट अल।(२०२०) र जु एट अल।(2021) सबै निर्माण गरिएका उपकरणहरूले सोडियम क्लोराइड एरोसोल (विभिन्न आकारहरू) उत्पादन गर्नेछन्, जसलाई विद्युतीय चार्जद्वारा तटस्थ गरिन्छ, फिल्टर गरिएको हावाले पातलो गरी सामग्री नमूनामा पठाइन्छ, जहाँ अप्टिकल पार्टिकल साइजर, विभिन्न संयुक्त कण एकाग्रता मापनका कन्डेन्ड कणहरू [९, 14-16] कोंडा र अन्य।(२०२०) र हाओ एट अल।(2020) यस्तै यन्त्र बनाइएको थियो, तर चार्ज न्यूट्रलाइजर समावेश गरिएको थिएन।[८, १७] यी अध्ययनहरूमा, नमूनामा हावाको वेग 1 र 90 L मिनेट-1 (कहिलेकाहीँ प्रवाह/वेग प्रभावहरू पत्ता लगाउन) को बीचमा भिन्न थियो;यद्यपि, सतहको वेग ५.३ र २५ सेमी s-१ बीचमा थियो।नमूना आकार ≈3.4 र 59 cm2 बीच फरक देखिन्छ।
यसको विपरित, लेटेक्स एरोसोल प्रयोग गरेर उपकरणहरू मार्फत मास्क सामग्रीहरूको मूल्याङ्कनमा केही अध्ययनहरू छन्, जुन ASTM F2100/F2299 मानकको नजिक छ।उदाहरण को लागी, Bagheri et al।(२०२१), शाक्य आदि।(2016) र लु एट अल।(2020) polystyrene लेटेक्स एरोसोल उत्पादन गर्न एक उपकरण निर्माण गर्यो, जसलाई पातलो गरी सामग्री नमूनाहरूमा पठाइयो, जहाँ कण एकाग्रता मापन गर्न विभिन्न कण विश्लेषकहरू वा स्क्यानिङ गतिशीलता कण आकार विश्लेषकहरू प्रयोग गरिन्थ्यो।[१८-२०] र लु एट अल।तिनीहरूको एरोसोल जेनेरेटरको डाउनस्ट्रीममा चार्ज न्यूट्रलाइजर प्रयोग गरिएको थियो, र अन्य दुई अध्ययनका लेखकहरूले गरेनन्।नमूनामा हावा प्रवाह दर पनि थोरै परिवर्तन भयो — तर F2299 मानकको सीमा भित्र — ≈7.3 देखि 19 L मिनेट-1 सम्म।Bagheri et al द्वारा अध्ययन गरिएको वायु सतह वेग।क्रमशः 2 र 10 cm s–1 (मानक दायरा भित्र) छ।र लु एट अल।, र शाक्य आदि।[१८-२०] यसको अतिरिक्त, लेखक र शाक्य आदि।विभिन्न आकारका लेटेक्स क्षेत्रहरू परीक्षण गरियो (जस्तै, समग्रमा २० एनएम देखि २५०० एनएम)।र लु एट अल।कम्तिमा तिनीहरूका केही परीक्षणहरूमा, तिनीहरूले निर्दिष्ट 100 एनएम (0.1 µm) कण आकार प्रयोग गर्छन्।
यस कार्यमा, हामीले PFE यन्त्र सिर्जना गर्न सामना गर्ने चुनौतीहरू वर्णन गर्छौं जुन सम्भव भएसम्म अवस्थित ASTM F2100/F2299 मापदण्डहरू अनुरूप छ।मुख्य लोकप्रिय मापदण्डहरू मध्ये (जस्तै NIOSH र ASTM F2100/F2299), ASTM मानकले गैर-मेडिकल मास्कहरूमा PFE लाई असर गर्न सक्ने फिल्टरिङ कार्यसम्पादन अध्ययन गर्न प्यारामिटरहरू (जस्तै हावा प्रवाह दर) मा अधिक लचिलोपन प्रदान गर्दछ।यद्यपि, हामीले देखाएको रूपमा, यो लचिलोपनले त्यस्ता उपकरणहरू डिजाइन गर्न जटिलताको अतिरिक्त स्तर प्रदान गर्दछ।
रसायनहरू सिग्मा-एल्ड्रिचबाट खरिद गरी प्रयोग गरिएको थियो।स्टाइरेन मोनोमर (≥99%) लाई एल्युमिना अवरोधक रिमूभर भएको गिलास स्तम्भ मार्फत शुद्ध गरिन्छ, जुन टर्ट-ब्यूटाइलकेटचोल हटाउन डिजाइन गरिएको हो।डियोनाइज्ड पानी (≈0.037 µS cm–1) Sartorius Arium पानी शुद्धिकरण प्रणालीबाट आउँछ।
147 gm-2 को नाममात्र वजनको 100% कपास प्लेन वेभ (Muslin CT) Veratex Lining Ltd., QC बाट आउँछ र बाँस/स्प्यान्डेक्स मिश्रण D. Zinman Textiles, QC बाट आउँछ।अन्य उम्मेद्वार मास्क सामग्री स्थानीय कपडा खुद्रा विक्रेताहरू (फेब्रिकल्याण्ड) बाट आउँछ।यी सामग्रीहरूमा दुई भिन्न 100% सूती बुनेका कपडाहरू (भिन्न प्रिन्टहरू सहित), एउटा सुती/स्प्यान्डेक्स बुनेको कपडा, दुईवटा सुती/पोलिएस्टर बुनेका कपडाहरू (एउटा "सार्वभौमिक" र एउटा "स्वेटर कपडा") र एक नबुनिएको कपास/पोलीप्रोपाइलिन मिसाइएको छ। कपास ब्याटिंग सामग्री।तालिका 1 ले ज्ञात कपडा गुणहरूको सारांश देखाउँछ।नयाँ उपकरणहरू बेन्चमार्क गर्नको लागि, ASTM 2100 लेभल 2 (L2) र लेभल 3 (L3; Halyard) प्रमाणित मेडिकल मास्कहरू र N95 रेस्पिरेटरहरू (3M) सहित स्थानीय अस्पतालहरूबाट प्रमाणित मेडिकल मास्कहरू प्राप्त गरियो।
लगभग 85 मिमी व्यासको गोलाकार नमूना प्रत्येक सामग्रीबाट परीक्षण गर्न काटिएको थियो;सामग्रीमा कुनै थप परिमार्जनहरू गरिएन (उदाहरणका लागि, धुने)।परीक्षणको लागि PFE उपकरणको नमूना होल्डरमा कपडा लुप क्ल्याम्प गर्नुहोस्।हावा प्रवाहको सम्पर्कमा नमूनाको वास्तविक व्यास 73 मिमी हो, र बाँकी सामग्रीहरू नमूनालाई बलियो बनाउन प्रयोग गरिन्छ।भेला गरिएको मास्कको लागि, अनुहार छुने पक्ष आपूर्ति गरिएको सामग्रीको एरोसोलबाट टाढा छ।
इमल्शन पोलिमराइजेशन द्वारा मोनोडिस्पर्स एनियोनिक पोलिस्टीरिन लेटेक्स क्षेत्रहरूको संश्लेषण।अघिल्लो अध्ययनमा वर्णन गरिएको प्रक्रिया अनुसार, प्रतिक्रिया मोनोमर भोकमरीको अर्ध-ब्याच मोडमा गरिएको थियो।[21, 22] 250 एमएलको तीन-घाँटीको गोलाकार तलको फ्लास्कमा डियोनाइज्ड पानी (160 एमएल) थप्नुहोस् र यसलाई हलचल तेल बाथमा राख्नुहोस्।त्यसपछि फ्लास्कलाई नाइट्रोजनले पर्ज गरियो र इन्हिबिटर-फ्री स्टाइरेन मोनोमर (२.१ एमएल) शुद्ध गरिएको, हलचल गरिएको फ्लास्कमा थपियो।70 डिग्री सेल्सियसमा 10 मिनेट पछि, सोडियम लौरिल सल्फेट (0.235 ग्राम) विआयनीकृत पानी (8 एमएल) मा घुल्नुहोस्।अर्को 5 मिनेट पछि, पोटासियम पर्सल्फेट (0.5 ग्राम) डियोनाइज्ड पानी (2 एमएल) मा भंग गरियो।अर्को 5 घण्टामा, फ्लास्कमा 66 μL min-1 को दरमा थप अवरोधक-रहित स्टाइरेन (20 mL) बिस्तारै इन्जेक्सन गर्न सिरिन्ज पम्प प्रयोग गर्नुहोस्।स्टाइरेन इन्फ्युजन पूरा भएपछि, प्रतिक्रिया अर्को 17 घण्टाको लागि अगाडि बढ्यो।त्यसपछि फ्लास्क खोलियो र पोलिमराइजेशन समाप्त गर्न चिसो भयो।संश्लेषित polystyrene लेटेक्स इमल्शनलाई स्नेकस्किन डायलाइसिस ट्यूब (3500 Da आणविक वजन कट-अफ) मा डियोनाइज्ड पानीको बिरूद्ध पाँच दिनसम्म डायलाइज गरिएको थियो, र प्रत्येक दिन विआयनीकृत पानी प्रतिस्थापन गरियो।डायलिसिस ट्यूबबाट इमल्सन हटाउनुहोस् र यसलाई प्रयोग नभएसम्म 4 डिग्री सेल्सियसमा फ्रिजमा भण्डार गर्नुहोस्।
डायनामिक लाइट स्क्याटरिङ (DLS) Brookhaven 90Plus विश्लेषकसँग प्रदर्शन गरिएको थियो, लेजर तरंग लम्बाइ 659 nm थियो, र डिटेक्टर कोण 90° थियो।डाटा विश्लेषण गर्न बिल्ट-इन कण समाधान सफ्टवेयर (v2.6; Brookhaven Instruments Corporation) प्रयोग गर्नुहोस्।कण गणना प्रति सेकेन्ड (kcps) लगभग 500 हजार गणना नभएसम्म लेटेक्स निलम्बन विआयनीकृत पानीले पातलो हुन्छ।कण आकार 125 ± 3 nm हुन निर्धारण गरिएको थियो, र रिपोर्ट गरिएको पोलीडिस्पर्सिटी 0.289 ± 0.006 थियो।
ZetaPlus zeta सम्भाव्यता विश्लेषक (Brookhaven Instruments Corp.) फेज विश्लेषण लाइट स्क्याटरिङ मोडमा zeta सम्भाव्यताको मापन गरिएको मान प्राप्त गर्न प्रयोग गरिएको थियो।नमूना 5 × 10-3m NaCl समाधानमा लेटेक्सको एलीकोट थपेर र लगभग 500 kcps को कण गणना प्राप्त गर्न लेटेक्स निलम्बनलाई फेरि पातलो गरेर तयार गरिएको थियो।पाँच दोहोरिने मापनहरू (प्रत्येकमा 30 रनहरू सहित) प्रदर्शन गरिएको थियो, परिणामस्वरूप -55.1 ± 2.8 mV को zeta सम्भावित मान, जहाँ त्रुटिले पाँच पुनरावृत्तिहरूको औसत मानको मानक विचलनलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ।यी मापनहरूले संकेत गर्दछ कि कणहरू नकारात्मक रूपमा चार्ज हुन्छन् र स्थिर निलम्बन बनाउँछन्।DLS र zeta सम्भावित डेटा समर्थन जानकारी तालिका S2 र S3 मा फेला पार्न सकिन्छ।
हामीले तल वर्णन गरिए अनुसार र चित्र १ मा देखाइए अनुसार ASTM अन्तर्राष्ट्रिय मापदण्डहरू अनुसार उपकरणहरू निर्माण गरेका छौं। सिंगल-जेट ब्लाउस्टेन एटोमाइजेसन मोड्युल (BLAM; CHTech) एयरोसोल जेनेरेटर लेटेक्स बलहरू भएको एरोसोलहरू उत्पादन गर्न प्रयोग गरिन्छ।फिल्टर गरिएको हावा स्ट्रिम (GE Healthcare Whatman 0.3 µm HEPA-CAP र 0.2 µm POLYCAP TF फिल्टरहरू मार्फत शृङ्खलामा प्राप्त गरिएको) 20 psi (6.9 kPa) को दबाबमा एयरोसोल जेनेरेटरमा प्रवेश गर्दछ र L15mg को एक भागलाई एटोमाइज गर्दछ। निलम्बन तरल पदार्थलाई सिरिञ्ज पम्प (KD Scientific Model 100) मार्फत उपकरणको लेटेक्स बलमा इन्जेक्सन गरिन्छ।एरोसोलाइज्ड भिजेका कणहरू हावाको धारा पास गरेर एरोसोल जेनेरेटरलाई ट्यूबलर ताप एक्सचेन्जर मार्फत सुकाइन्छ।ताप एक्सचेन्जरमा 8-फिट लामो तताउने कुण्डलको साथ 5/8" स्टेनलेस स्टील ट्यूब घाउ हुन्छ।आउटपुट 216 W (BriskHeat) हो।यसको समायोज्य डायल अनुसार, हीटर आउटपुट उपकरणको अधिकतम मूल्य (≈86 W) को 40% मा सेट गरिएको छ;यसले 112 °C (मानक विचलन ≈1 °C) को औसत बाहिरी पर्खाल तापक्रम उत्पादन गर्छ, जुन सतह माउन्ट गरिएको थर्मोकोपल (टेलर यूएसए) मापनद्वारा निर्धारण गरिन्छ।समर्थन जानकारी मा चित्र S4 हिटर प्रदर्शन संक्षेप।
सुख्खा एटमाइज्ड कणहरूलाई त्यसपछि फिल्टर गरिएको हावाको ठूलो मात्रामा 28.3 L मिनेट-1 (अर्थात, 1 घन फुट प्रति मिनेट) को कुल वायु प्रवाह दर प्राप्त गर्न मिलाइन्छ।यो मान छानिएको थियो किनभने यो प्रणालीको डाउनस्ट्रीम नमूना लेजर कण विश्लेषक उपकरणको सही प्रवाह दर हो।लेटेक्स कणहरू बोक्ने वायु प्रवाहलाई दुईवटा उस्तै ठाडो चेम्बरहरू (जस्तै चिल्लो पर्खालले बनेको स्टेनलेस स्टील ट्युबहरू) मध्ये एउटामा पठाइन्छ: मास्क सामग्री बिनाको "कन्ट्रोल" चेम्बर, वा गोलाकार-कट "नमूना" च्याम्बर-उपयोग छुट्याउन मिल्ने नमूना होल्डर। कपडा बाहिर सम्मिलित छ।दुई कक्षहरूको भित्री व्यास 73 मिमी छ, जुन नमूना होल्डरको भित्री व्याससँग मेल खान्छ।नमूना होल्डरले मास्क सामग्रीलाई कडा रूपमा सिल गर्न ग्रुभ गरिएको रिंगहरू र रिसेस्ड बोल्टहरू प्रयोग गर्दछ, र त्यसपछि नमूना कक्षको खाली ठाउँमा छुट्याउन मिल्ने कोष्ठक घुसाउनुहोस्, र यसलाई रबर ग्यास्केट र क्ल्याम्पहरू (चित्र S2, समर्थन जानकारी) को साथ उपकरणमा कडा रूपमा बन्द गर्नुहोस्।
वायुप्रवाहको सम्पर्कमा कपडा नमूनाको व्यास 73 मिमी (क्षेत्र = 41.9 सेमी 2) छ;यसलाई परीक्षणको क्रममा नमूना कक्षमा बन्द गरिएको छ।लेटेक्स कणहरूको संख्या र एकाग्रता मापन गर्न "नियन्त्रण" वा "नमूना" कक्ष छोड्ने वायुप्रवाहलाई लेजर कण विश्लेषक (कण मापन प्रणाली LASAIR III 110) मा स्थानान्तरण गरिन्छ।कण विश्लेषकले कण एकाग्रताको तल्लो र माथिल्लो सीमाहरू क्रमशः 2 × 10-4 र ≈34 कण प्रति घन फुट (7 र ≈950 000 कण प्रति घन फुट) निर्दिष्ट गर्दछ।लेटेक्स कण एकाग्रताको मापनको लागि, एरोसोलमा सिंगल लेटेक्स कणहरूको अनुमानित आकारसँग सम्बन्धित, कम सीमा र ०.१०–०.१५ μm को माथिल्लो सीमा भएको "बक्स" मा कण एकाग्रता रिपोर्ट गरिएको छ।यद्यपि, अन्य बिन आकारहरू प्रयोग गर्न सकिन्छ, र 5 µm को अधिकतम कण आकारको साथ, एकै समयमा धेरै बिनहरू मूल्याङ्कन गर्न सकिन्छ।
उपकरणमा अन्य उपकरणहरू पनि समावेश छन्, जस्तै च्याम्बर फ्लस गर्ने उपकरण र सफा फिल्टर गरिएको हावाको साथ कण विश्लेषक, साथै आवश्यक भल्भ र उपकरणहरू (चित्र 1)।पूर्ण पाइपिङ र इन्स्ट्रुमेन्टेसन रेखाचित्रहरूलाई समर्थन जानकारीको चित्र S1 र तालिका S1 मा देखाइएको छ।
प्रयोगको क्रममा, लेटेक्स निलम्बनलाई स्थिर कण उत्पादन कायम राख्न ≈60 देखि 100 μL मिनेट-1 को प्रवाह दरमा एरोसोल जेनेरेटरमा इन्जेक्ट गरिएको थियो, लगभग 14-25 कण प्रति घन सेन्टिमिटर (400 000-प्रति घन मीटर) 700 सेन्ट 000 कण)।फीट) ०.१०–०.१५ µm को आकारको बिनमा।यो प्रवाह दर दायरा आवश्यक छ किनभने लेटेक्स कणहरूको एकाग्रतामा एरोसोल जेनेरेटरको डाउनस्ट्रीममा देखाइएको परिवर्तनहरू, जसलाई एरोसोल जेनेरेटरको तरल जालद्वारा कब्जा गरिएको लेटेक्स निलम्बनको मात्रामा परिवर्तनहरूको श्रेय दिइन्छ।
दिइएको कपडाको नमूनाको PFE नाप्नको लागि, लेटेक्स कण एरोसोललाई पहिले नियन्त्रण कक्ष मार्फत स्थानान्तरण गरिन्छ र त्यसपछि कण विश्लेषकमा निर्देशित गरिन्छ।लगातार तीनवटा कणहरूको एकाग्रता द्रुत उत्तराधिकारमा नाप्नुहोस्, प्रत्येक एक मिनेटको लागि।कण विश्लेषकले विश्लेषणको क्रममा कणहरूको समय औसत एकाग्रता रिपोर्ट गर्दछ, अर्थात्, नमूनाको एक मिनेट (28.3 एल) मा कणहरूको औसत एकाग्रता।स्थिर कण गणना र ग्यास प्रवाह दर स्थापित गर्न यी आधारभूत मापनहरू लिएपछि, एयरोसोल नमूना कक्षमा हस्तान्तरण गरिन्छ।एकपटक प्रणाली सन्तुलनमा पुगेपछि (सामान्यतया ६०-९० सेकेन्ड), अर्को तीन लगातार एक मिनेटको मापन द्रुत उत्तराधिकारमा लिइन्छ।यी नमूना मापनहरूले कपडाको नमूनाबाट गुजरने कणहरूको एकाग्रतालाई प्रतिनिधित्व गर्दछ।पछि, एरोसोल प्रवाहलाई नियन्त्रण कक्षमा विभाजित गरेर, सम्पूर्ण नमूना मूल्याङ्कन प्रक्रियाको क्रममा अपस्ट्रीम कण एकाग्रतामा पर्याप्त परिवर्तन भएन भनेर प्रमाणित गर्न नियन्त्रण कक्षबाट अर्को तीन कण एकाग्रता मापनहरू लिइयो।दुईवटा चेम्बरको डिजाइन एउटै भएकोले - नमूना कक्षले नमूना होल्डरलाई समायोजन गर्न सक्ने बाहेक - चेम्बरमा प्रवाह अवस्थाहरू समान मान्न सकिन्छ, त्यसैले नियन्त्रण कक्ष र नमूना कक्ष छोडेर ग्यासमा कणहरूको एकाग्रता। तुलना गर्न सकिन्छ।
कण विश्लेषक उपकरणको जीवन कायम राख्न र प्रत्येक परीक्षणको बीचमा प्रणालीमा एरोसोल कणहरू हटाउनको लागि, प्रत्येक मापन पछि कण विश्लेषक सफा गर्न HEPA फिल्टर गरिएको एयर जेट प्रयोग गर्नुहोस्, र नमूनाहरू परिवर्तन गर्नु अघि नमूना कक्ष सफा गर्नुहोस्।PFE उपकरणमा एयर फ्लशिङ प्रणालीको योजनाबद्ध रेखाचित्रको लागि समर्थन जानकारीमा कृपया चित्र S1 लाई सन्दर्भ गर्नुहोस्।
यो गणनाले एकल सामाग्री नमूनाको लागि एकल "दोहोरिने" PFE मापन प्रतिनिधित्व गर्दछ र ASTM F2299 (समीकरण (2)) मा PFE गणनाको बराबर छ।
§2.1 मा उल्लिखित सामग्रीहरूलाई मास्क सामग्रीको रूपमा तिनीहरूको उपयुक्तता निर्धारण गर्न §2.3 मा वर्णन गरिएको PFE उपकरणहरू प्रयोग गरेर लेटेक्स एरोसोलहरूसँग चुनौती दिइएको थियो।चित्र २ ले कण एकाग्रता विश्लेषकबाट प्राप्त पठनहरू देखाउँदछ, र स्वेटर कपडा र ब्याटिङ सामग्रीहरूको PFE मानहरू एकै समयमा मापन गरिन्छ।तीन नमूना विश्लेषण कुल दुई सामग्री र छ पुनरावृत्ति को लागी प्रदर्शन गरिएको थियो।स्पष्ट रूपमा, तीन पठनहरूको सेटमा पहिलो पठन (हल्का रङको छायामा) सामान्यतया अन्य दुई पठनहरू भन्दा फरक हुन्छ।उदाहरणका लागि, पहिलो पढाइ चित्र 2 मा 12-15 ट्रिपलमा 5% भन्दा बढी अन्य दुई पठनहरूको औसत भन्दा फरक छ।यो अवलोकन कण विश्लेषक मार्फत बग्ने एयरोसोल युक्त हावाको सन्तुलनसँग सम्बन्धित छ।सामग्री र विधिहरूमा छलफल गरिए अनुसार, सन्तुलन पढाइहरू (दोस्रो र तेस्रो नियन्त्रण र नमूना पठनहरू) क्रमशः चित्र 2 मा गाढा नीलो र रातो रंगहरूमा PFE गणना गर्न प्रयोग गरिएको थियो।समग्रमा, तीन प्रतिकृतिहरूको औसत PFE मान स्वेटर कपडाको लागि 78% ± 2% र कपासको ब्याटिङ सामग्रीको लागि 74% ± 2% हो।
प्रणालीको प्रदर्शन बेन्चमार्क गर्न, ASTM 2100 प्रमाणित मेडिकल मास्क (L2, L3) र NIOSH रेस्पिरेटरहरू (N95) पनि मूल्याङ्कन गरियो।ASTM F2100 मानकले स्तर 2 र स्तर 3 मास्कको 0.1 µm कणहरूको सब-माइक्रोन कण फिल्टरेशन दक्षता क्रमशः ≥ 95% र ≥ 98% सेट गर्दछ।[५] त्यसैगरी, NIOSH-प्रमाणित N95 रेस्पिरेटरहरूले 0.075 µm को औसत व्यासको एटोमाइज्ड NaCl न्यानो कणहरूको लागि ≥95% को फिल्टरेशन दक्षता देखाउनु पर्छ।[२४] रेंगासामी एट अल।रिपोर्टहरू अनुसार, समान N95 मास्कहरूले 99.84%–99.98% को PFE मान देखाउँछन्, [25] Zangmeister et al।रिपोर्टहरू अनुसार, तिनीहरूको N95 ले 99.9% भन्दा बढीको न्यूनतम फिल्टरेशन दक्षता उत्पादन गर्दछ, [१४] जबकि जु एट अल।रिपोर्टका अनुसार, 3M N95 मास्कले 99% PFE (300 nm कणहरू), [16] र Hao et al उत्पादन गर्छ।रिपोर्ट गरिएको N95 PFE (300 nm कणहरू) 94.4% हो।[१७] शाक्य एट अल द्वारा चुनौती दिएका दुई N95 मास्कहरूको लागि।०.१ µm लेटेक्स बलहरूसँग, PFE लगभग 80% र 100% बीचमा खस्यो।[१९] जब लु एट अल।N95 मास्कहरू मूल्याङ्कन गर्न समान आकारको लेटेक्स बलहरू प्रयोग गरेर, औसत PFE 93.8% रिपोर्ट गरिएको छ।[२०] यस कार्यमा वर्णन गरिएका उपकरणहरू प्रयोग गरेर प्राप्त परिणामहरूले N95 मास्कको PFE 99.2 ± 0.1% हो, जुन धेरै अघिल्लो अध्ययनहरूसँग राम्रो सम्झौतामा रहेको देखाउँछ।
सर्जिकल मास्कहरू पनि धेरै अध्ययनहरूमा परीक्षण गरिएको छ।Hao et al को सर्जिकल मास्क।73.4% को PFE (300 nm कणहरू) देखायो, [17] जबकि Drewnic et al द्वारा परीक्षण गरिएको तीन सर्जिकल मास्क।PFE ले लगभग 60% देखि लगभग 100% को दायरा उत्पादन गर्यो।[१५] (पछिल्लो मास्क प्रमाणित मोडेल हुन सक्छ।) यद्यपि, Zangmeister et al।रिपोर्टहरूका अनुसार, परीक्षण गरिएका दुई सर्जिकल मास्कहरूको न्यूनतम फिल्टरेशन दक्षता ३०% भन्दा थोरै मात्र बढी छ, [१४] यस अध्ययनमा परीक्षण गरिएको सर्जिकल मास्कभन्दा धेरै कम छ।त्यस्तै, जु एट अल द्वारा परीक्षण गरिएको "नीलो सर्जिकल मास्क"।प्रमाणित गर्नुहोस् कि PFE (300 nm कणहरू) मात्र 22% हो।[१६] शाक्य आदि।रिपोर्ट गरियो कि सर्जिकल मास्कको PFE (0.1 µm लेटेक्स कणहरू प्रयोग गरेर) लगभग 60-80% ले घट्यो।[१९] एउटै साइजको लेटेक्स बलहरू प्रयोग गरेर, लु एट अलको सर्जिकल मास्कले ८०.२% को औसत PFE नतिजा उत्पादन गर्यो।[२०] तुलनामा, हाम्रो L2 मास्कको PFE 94.2 ± 0.6% हो, र L3 मास्कको PFE 94.9 ± 0.3% हो।यद्यपि यी PFEs ले साहित्यमा धेरै PFEs लाई पार गर्छ, हामीले याद गर्नै पर्छ कि अघिल्लो अनुसन्धानमा उल्लेख गरिएको कुनै प्रमाणीकरण स्तर छैन, र हाम्रो सर्जिकल मास्कले स्तर 2 र स्तर 3 प्रमाणीकरण प्राप्त गरेको छ।
चित्र 2 मा उम्मेद्वार मास्क सामाग्री विश्लेषण गरिएको थियो जसरी मास्क मा तिनीहरूको उपयुक्तता निर्धारण गर्न र PFE यन्त्रको सञ्चालन प्रदर्शन गर्न अन्य छवटा सामग्रीहरूमा तीनवटा परीक्षणहरू गरियो।चित्र 3 ले सबै परीक्षण सामग्रीहरूको PFE मानहरू प्लट गर्दछ र प्रमाणित L3 र N95 मास्क सामग्रीहरूको मूल्याङ्कन गरेर प्राप्त PFE मानहरूसँग तुलना गर्दछ।यस कार्यको लागि चयन गरिएका 11 मास्क/उम्मेदवार मास्क सामग्रीहरूबाट, PFE कार्यसम्पादनको विस्तृत दायरा स्पष्ट रूपमा देख्न सकिन्छ, ≈10% देखि 100% सम्म, अन्य अध्ययनहरू, [8, 9, 15] र उद्योग वर्णनकर्ताहरूसँग सुसंगत। PFE र PFE बीच कुनै स्पष्ट सम्बन्ध छैन।उदाहरणका लागि, समान संरचना भएका सामग्रीहरू (दुई 100% कपास नमूनाहरू र कपास मलमल) धेरै फरक PFE मानहरू प्रदर्शन गर्छन् (क्रमशः 14%, 54%, र 13%)।तर यो आवश्यक छ कि कम कार्यसम्पादन (उदाहरणका लागि, 100% कपास A; PFE ≈ 14%), मध्यम कार्यसम्पादन (उदाहरणका लागि, 70%/30% कपास/पलिएस्टर मिश्रण; PFE ≈ 49%) र उच्च कार्यसम्पादन (उदाहरणका लागि, स्वेटर कपडा; PFE ≈ 78%) यस कार्यमा वर्णन गरिएको PFE उपकरण प्रयोग गरेर कपडालाई स्पष्ट रूपमा पहिचान गर्न सकिन्छ।विशेष गरी स्वेटर कपडा र कपास ब्याटिङ सामग्रीहरूले धेरै राम्रो प्रदर्शन गरे, PFE हरू 70% देखि 80% सम्म।त्यस्ता उच्च-प्रदर्शन सामग्रीहरू पहिचान गर्न सकिन्छ र तिनीहरूको उच्च निस्पंदन प्रदर्शनमा योगदान गर्ने विशेषताहरू बुझ्नको लागि थप विस्तारमा विश्लेषण गर्न सकिन्छ।यद्यपि, हामी सम्झाउन चाहन्छौं कि समान उद्योग विवरणहरू (जस्तै कपास सामग्रीहरू) भएका सामग्रीहरूको PFE परिणामहरू धेरै फरक छन्, यी तथ्याङ्कहरूले कपडाको मास्कहरूको लागि कुन सामग्री व्यापक रूपमा उपयोगी छन् भनेर संकेत गर्दैन, र हामी गुणहरू अनुमान गर्न चाहँदैनौं- सामग्री कोटिहरु।प्रदर्शन सम्बन्ध।हामी क्यालिब्रेसन प्रदर्शन गर्न विशेष उदाहरणहरू प्रदान गर्छौं, मापनले सम्भावित निस्पंदन दक्षताको सम्पूर्ण दायरालाई समेट्छ र मापन त्रुटिको आकार दिनुहोस्।
हामीले यी PFE नतिजाहरू प्राप्त गर्यौं कि हाम्रा उपकरणहरूमा मापन क्षमताहरूको विस्तृत दायरा, कम त्रुटि, र साहित्यमा प्राप्त डेटाको तुलनामा छ।उदाहरण को लागी, Zangmeister et al।धेरै बुनेका सुती कपडाहरूको PFE नतिजाहरू (जस्तै "कटन 1-11″) (89 देखि 812 थ्रेड प्रति इन्च) रिपोर्ट गरिएको छ।11 सामाग्री मध्ये 9 मा, "न्यूनतम निस्पंदन दक्षता" 0% देखि 25% सम्म हुन्छ;अन्य दुई सामग्रीको PFE लगभग 32% हो।[१४] त्यस्तै, कोंडा एट अल।दुई सुती कपडाहरूको PFE डाटा (80 र 600 TPI; 153 र 152 gm-2) रिपोर्ट गरिएको छ।PFE क्रमशः 7% देखि 36% र 65% देखि 85% सम्म छ।Drewnic et al. को अध्ययनमा, एकल-तह सूती कपडाहरूमा (जस्तै, कपास, सुती बुनना, मोलेटन; 139-265 TPI; 80-140 gm-2), सामग्री PFE को दायरा लगभग 10% देखि 30% छ।Joo et al. को अध्ययनमा, तिनीहरूको 100% कपास सामग्रीमा 8% (300 nm कणहरू) को PFE छ।बागेरी र अन्य।0.3 देखि 0.5 µm को polystyrene लेटेक्स कणहरू प्रयोग गरियो।छ कपास सामग्रीको PFE (120-200 TPI; 136-237 gm-2) मापन गरिएको थियो, 0% देखि 20% सम्म।[१८] तसर्थ, यी धेरैजसो सामग्रीहरू हाम्रा तीनवटा सुती कपडाहरू (जस्तै भेरेटेक्स मस्लिन सीटी, फेब्रिक स्टोर कपास ए र बी) को PFE नतिजाहरूसँग राम्रो सम्झौतामा छन् र तिनीहरूको औसत निस्पंदन दक्षता क्रमशः १३%, १४% र छ।५४%।यी परिणामहरूले सूती सामग्रीहरू बीच ठूलो भिन्नताहरू छन् र उच्च PFE (जस्तै कोन्डा एट अलको 600 TPI कपास; हाम्रो कपास B) लाई नेतृत्व गर्ने भौतिक गुणहरू नराम्ररी बुझिएका छन् भनी संकेत गर्दछ।
यी तुलनाहरू गर्दा, हामी स्वीकार गर्छौं कि यो अध्ययनमा परीक्षण गरिएका सामग्रीहरूसँग समान विशेषताहरू (जस्तै, सामग्री संरचना, बुनाई र बुनाई, TPI, वजन, आदि) भएका साहित्यहरूमा परीक्षण गरिएका सामग्रीहरू फेला पार्न गाह्रो छ, र त्यसैले प्रत्यक्ष तुलना गर्न सकिँदैन।थप रूपमा, लेखकहरू द्वारा प्रयोग गरिएका उपकरणहरूमा भिन्नता र मानकीकरणको कमीले राम्रो तुलना गर्न गाह्रो बनाउँछ।यद्यपि, यो स्पष्ट छ कि साधारण कपडाहरूको प्रदर्शन / प्रदर्शन सम्बन्ध राम्रोसँग बुझिएको छैन।यी सम्बन्धहरू निर्धारण गर्न सामग्रीहरूलाई मानकीकृत, लचिलो र भरपर्दो उपकरणहरू (जस्तै यस कार्यमा वर्णन गरिएका उपकरणहरू) सँग थप परीक्षण गरिनेछ।
यद्यपि त्यहाँ एकल प्रतिकृति (0-4%) र ट्रिपलिकेटमा विश्लेषण गरिएको नमूनाहरू बीच कुल सांख्यिकीय त्रुटि (0-5%) छ, यस कार्यमा प्रस्तावित उपकरणहरू विभिन्न सामग्रीहरूको PFE परीक्षणको लागि प्रभावकारी उपकरण साबित भयो।प्रमाणित मेडिकल मास्कहरूमा साधारण कपडाहरू।यो ध्यान दिन लायक छ कि चित्र 3 को लागि परीक्षण गरिएका 11 सामग्रीहरू मध्ये, प्रसार त्रुटि σprop एकल नमूनाको PFE मापनहरू बीचको मानक विचलन भन्दा बढी छ, त्यो हो, 11 सामग्रीहरू मध्ये 9 को σsd;यी दुई अपवादहरू धेरै उच्च PFE मान (जस्तै L2 र L3 मास्क) मा हुन्छन्।यद्यपि रेंगासामी एट अल द्वारा प्रस्तुत परिणामहरू।दोहोर्याइएको नमूनाहरू बीचको भिन्नता सानो छ भनेर देखाउँदै (अर्थात, पाँच पुनरावृत्ति <0.29%), [२५] तिनीहरूले उच्च ज्ञात फिल्टरिंग गुणहरू भएका सामग्रीहरू अध्ययन गरे जुन विशेष रूपमा मास्क निर्माणको लागि डिजाइन गरिएको हो: सामग्री आफैंमा अधिक समान हुन सक्छ, र परीक्षण पनि यो हो। PFE दायरा को क्षेत्र अधिक संगत हुन सक्छ।समग्रमा, हाम्रा उपकरणहरू प्रयोग गरेर प्राप्त नतिजाहरू PFE डाटा र अन्य अनुसन्धानकर्ताहरूद्वारा प्राप्त प्रमाणीकरण मापदण्डहरूसँग मिल्दोजुल्दो छन्।
यद्यपि PFE मास्कको कार्यसम्पादन मापन गर्नको लागि महत्त्वपूर्ण सूचक हो, यस बिन्दुमा हामीले पाठकहरूलाई सम्झाउनुपर्दछ कि भविष्यको मास्क सामग्रीहरूको विस्तृत विश्लेषणले अन्य कारकहरूलाई विचार गर्नुपर्दछ, त्यो हो, सामग्री पारगम्यता (अर्थात, दबाब ड्रप वा भिन्न दबाव परीक्षण मार्फत। )।ASTM F2100 र F3502 मा नियमहरू छन्।लगाउनेको आरामको लागि स्वीकार्य सास फेर्न आवश्यक छ र सास फेर्ने क्रममा मास्कको किनारा चुहावट रोक्न आवश्यक छ।धेरै सामान्य सामग्रीहरूको PFE र हावा पारगम्यता सामान्यतया उल्टो समानुपातिक हुने भएकोले, मास्क सामग्रीको कार्यसम्पादनलाई पूर्ण रूपमा मूल्याङ्कन गर्न PFE मापनसँगै प्रेसर ड्रप मापन गरिनुपर्छ।
हामी सिफारिस गर्छौं कि ASTM F2299 अनुसार PFE उपकरण निर्माणका लागि दिशानिर्देशहरू मापदण्डहरूको निरन्तर सुधार, अनुसन्धान प्रयोगशालाहरू बीच तुलना गर्न सकिने अनुसन्धान डेटाको उत्पादन, र एरोसोल फिल्टरेशनको वृद्धिको लागि आवश्यक छ।केवल NIOSH (वा F3502) मानकमा भर पर्नुहोस्, जसले एकल यन्त्र (TSI 8130A) निर्दिष्ट गर्दछ र अनुसन्धानकर्ताहरूलाई टर्नकी उपकरणहरू (उदाहरणका लागि, TSI प्रणालीहरू) खरिद गर्न प्रतिबन्ध लगाउँदछ।TSI 8130A जस्ता मानकीकृत प्रणालीहरूमा निर्भरता हालको मानक प्रमाणीकरणको लागि महत्त्वपूर्ण छ, तर यसले मास्क, रेस्पिरेटर, र अन्य एरोसोल फिल्टरेशन प्रविधिहरूको विकासलाई सीमित गर्दछ जुन अनुसन्धान प्रगतिको विपरीत चल्छ।यो ध्यान दिन लायक छ कि NIOSH मानकलाई यो उपकरणको आवश्यकता पर्दा अपेक्षित कठोर परिस्थितिहरूमा श्वासप्रश्वास यन्त्रहरू परीक्षण गर्ने विधिको रूपमा विकसित गरिएको थियो, तर यसको विपरित, सर्जिकल मास्कहरू ASTM F2100/F2299 विधिहरूद्वारा परीक्षण गरिन्छ।सामुदायिक मास्कको आकार र शैली सर्जिकल मास्क जस्तै हो, जसको मतलब यो होइन कि तिनीहरूसँग N95 जस्तै उत्कृष्ट फिल्टरेशन दक्षता प्रदर्शन छ।यदि सर्जिकल मास्कहरू अझै पनि ASTM F2100/F2299 अनुसार मूल्याङ्कन गरिन्छ भने, साधारण कपडाहरू ASTM F2100/F2299 को नजिकको विधि प्रयोग गरेर विश्लेषण गर्नुपर्छ।थप रूपमा, ASTM F2299 ले विभिन्न प्यारामिटरहरूमा थप लचिलोपनको लागि अनुमति दिन्छ (जस्तै निस्पंदन दक्षता अध्ययनहरूमा वायु प्रवाह दर र सतह वेग), जसले यसलाई अनुसन्धान वातावरणमा अनुमानित उच्च स्तर बनाउन सक्छ।
पोस्ट समय: अगस्ट-30-2021