防颗粒物口罩过滤效率检测机构

空气颗粒物是空气污染的主要成分，在生产环境中成为生产性粉尘，生活环境中又称为雾霾。生产性粉尘是我国为严重的职业危害因素，导致的职业病尘肺病占我国新发职业病的 80% 以上，除通过工业改革进行粉尘控制外，佩戴防颗粒物口罩是保护工人呼吸系统健康的后一道屏障。近年来，我国环境空气污染日趋严重，来自工业与日常生活的颗粒物形成的雾霾严重居民健康，防颗粒物口罩也逐渐成为广大居民进行呼吸防护的重要用品，特别在呼吸系统传染性疾病流行的季节，防颗粒物口罩也具备一定的防护呼吸系传染性疾病的作用，美国劳工部 1995 年即批准在医院使用有效的防颗粒物口罩预防肺结核等呼吸系传染病。

随着防颗粒物口罩的广泛使用，其防护效果也日益受到关注。口罩滤料的过滤效率是影响防护口罩防护性能的关键因素，目前我国防护口罩过滤性能的检测仪器复杂，仅专业机构拥有，一般厂家和普通使用者难以进行测试。因此，为满足防颗粒物口罩过滤效率测试，有效地进行呼吸防护，依据口罩过滤性测试原理，即口罩内外环境中不同粒径颗粒物浓度的差值，考虑目前市场使用口罩的形状和类型，进行防颗粒物口罩过滤性测试的简易装置的设计，以满足不同类型口罩设计、生产和使用者的需求。

1、材料与方法

1． 1 防颗粒物口罩过滤效率测试装置原理 防颗粒物口罩过滤材料的过滤效率指其滤除颗粒物的百分比。过滤效率的测定原理是当一定流量空气通过口罩过滤材料时，测定口罩内外或者口罩两侧颗粒物数量或者浓度，口罩内部颗粒物数量/浓度除以口罩外部颗粒物数量/浓度的比值即为过滤效率。依据过滤效率的测定原理。测定装置主要包括口罩过滤材料的固定装置、通过口罩空气流量控制装置和口罩内外颗粒浓度测定装置。

1． 2 口罩过滤材料固定装置 采用表面光滑的钢材作为口罩固定装置的设计材料，其外形和开口形状与市场常用的防颗粒物口罩相匹配，为防止口罩过滤材料边缘泄漏对过滤效果的影响，采用三级连接: 钢制底座、橡胶垫和钢制口罩固定器( 图 1) ，以螺丝拧紧，保证密封。底座下侧连接硅胶管，可以进行抽气。测试前将口罩过滤材料放置在中间有孔的口罩固定底座上，使用前，加热热熔胶将口罩边缘下侧涂满、固定，热熔胶冷确后，形成口罩边缘的密封剂，保证边缘密封。

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1． 3 空气流量控制装置和接口连接 空气流量控制装 置 由 一 个 空 气 抽 气 泵 ( 抽 气 流 量 范 围:10L /min ～ 100L /min) 和一个流量计串联组成，流量计通过硅胶管与滤料固定装置的底座连接。硅胶管与口罩固定装置底座的管道的连接采用的是 180 度笔直延伸连接，避免了因为硅胶管扭曲而导致的密封性不佳、连接易松动、气流不稳定等问题。

采用硅胶管作为各部件的连接材料( 图 2) ，硅胶管具有极好的弹力和回弹性，密封性好，保证各接口连接紧密; 在连接方式上，将合适孔径的硅胶管与各部件接口套叠式连接，利用硅胶管良好的收缩性，使硅胶管与接口紧密连接。

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1． 4 颗粒物浓度测定装置 根据流体力学计算，过滤材料主要通过阻留和静电作用滤除颗粒物，滤过的颗粒物粒径为空气动力学直径 0. 3μm，设计采用呼 吸 器 适 合 性 测 试 专 用 仪 器 PortaCount ( TSI8030，USA) 作为颗粒物浓度测定装置测定口罩内外的颗粒物浓度，该仪器用核凝计术器法分别测定口罩内外两侧 0. 3 ± 0. 015μm。范围的空气颗粒物的个数，换算为颗粒物计数浓度，口罩内外颗粒物浓度的比值为过滤效率。颗粒物浓度测定仪器有两根连接管，一根置于环境空气中，测定口罩外颗粒物浓度; 一根与口罩固定装置底座下的硅胶管相连，测定口罩内颗粒物浓度。

PortaCount 自带的 FitPlusTM 软件，可动态地显示口罩内外环境中的颗粒物浓度，软件计数 1 min，除去前20s 和后20s 部分，记录中间20s 的颗粒物浓度，并自动算出过滤效率，过滤效率 = C内 /C外，其中，C内 与 C外分别代表口罩内与口罩外环境中测得的颗粒物浓度。

1． 5 实际测试分析 利用此装置测试了常用市 4个品牌自吸过滤式颗粒物防护口罩和 1 个医用口罩的滤料过滤效率。每个口罩测试 10 个样本，合计60 个口罩。测试前先测试了各类口罩的吸气阻力，在 85L /min 流量下，阻力均 ＜ 100Pa，符合相关呼吸防护器的吸气阻力小于 350Pa 的要求［8］。

2 结 果

2． 1 防颗粒物口罩过滤效率测试简易装置描述

根据防颗粒物口罩测试原理，过滤效率测试简易装置整体设计图( 图 3) ，装置整体包括口罩固定装置、硅胶管、流量计、颗粒浓度测定器、抽气泵。

其中，各仪器部件功能和实现要点如下:

①口罩固定容器: 用于固定口罩，密封口罩边缘，隔离口罩内外环境。②橡胶垫: 连接口罩固定容器和底座并使二者密封。③底座: 固定在实验台上，稳定口罩固定装置。④硅胶管: 连接个仪器接口，保证接口连接紧密，且抽气时不会被抽瘪。⑤流量计: 用于显示当前空气流量，显示范围 10L /min ～ 100L /min。⑥流量调节阀: 调节当前空气流量。⑦抽气泵: 提供抽气动力，放置口罩后，抽气流量至少达到100L /min。⑧ 颗 粒 浓 度 测 定 仪: 此 设 计 使 用PortaCount，测量各种规格的呼吸防护口罩内、外环境粉尘颗粒物浓度，计算口罩内外浓度比值即过滤效率。⑨颗粒物测定仪的口罩内/外环境连接管: 连通口罩内/外环境，内/外环境中的粉尘颗粒经过内/外环境连接管到达颗粒计数器。

2． 2 防颗粒物口罩测试流程

2． 2． 1 测试防颗粒物口罩，准备测试防颗粒物口罩样本至少 10 个，口罩无外观损坏。

2． 2． 2 测试前的仪器准备: 准备密封口罩的热熔胶，校正空气流量计，打 开 PortaCount 仪，稳 定30min。检查各装置连接口，确保密封且无污染。

2． 2． 3 测试步骤 ①用热熔枪熔化热熔胶，口罩固定于口罩固定容器内，并将熔化后的热熔胶滴在口罩边缘; 冷确后，确定口罩边缘均密封。②打开抽气泵抽气，调节流量调节阀，使流量显示在实验需要的流量，抽气 1min; ③读取颗粒计数器数据，计算被测试口罩的过滤效率。

2． 3 防颗粒物口罩的过滤效率测试 利用此装置测试了常用市售 5 品牌 50 口罩，其中，A 和 B 型口罩是 N95 型杯状口罩，总公司为美国和英国，有美国 NIOSH 的认证，C 型为杯装、D 型为折叠形，均为国产 KN95 型口罩，有 LD29 － 92 认证，E 型为国产医用口罩，没有特殊认证。

测试结果显示，4 个 N95 或 KN95 型口罩滤料在 85L /min 流量时的过滤效率均 ＞ 95% ，满足我国相关标准对 N95 或 KN95 的要求［7，8］。医用口罩在30L /min 流量时过滤效率 95． 02% ，当流量升高至85L /min 时的过滤效率仅为 79． 64% ，低于 N95 型口罩对颗粒物的过滤效率( 95% ) 。

3、 讨 论

滤料的过滤效率是防颗粒物口罩有效防护的前提，专业的过滤效率测试仪器结构复杂，价格昂贵，仅限于专业的检测机构。随着防颗粒物口罩的广泛应用，口罩的设计、生产、和大量使用企业均需要较为简易且结果准备的过滤效率测定仪器。研究依据滤料过滤效率测定原理进行设计，取得了较好的测试效果。

测试装置包括口罩滤过材料固定装置、空气流量控制装置、口罩内外空气颗粒物浓度测定装置，和几个装置的接口连接。其中，滤料固定装置将待测口罩固定并使口罩边缘密封，起到隔离口罩内外环境的作用。口罩固定方式是采用热熔胶固定，热熔胶经通电的热熔枪熔化后即可用于口罩固定，快速固定是热熔胶的一大特点，从热熔胶熔化到凝固一般在 1min 左右。同时，热熔胶密封性好，冷却后可用起子或刀片等工具撬起易脱落，使用方便且不会污染金属底座，适于口罩滤过性能的快速测试。

装置口罩内外颗粒物浓度测定采用呼吸器适合性测试专用仪器 PortaCount，该仪器通过测定空气中难以过滤的 0． 3μm 颗粒的浓度，直接计算过滤效率，结果比较准确可靠。同时，在我国现有颗粒物水平条件下，无须使用传统气室或气溶胶发生器，使测试更加便利［7-9］。对武汉市购 5 种型号口罩的测试结果显示不同口罩过滤效率结果稳定，能较好的区分不同材质的过滤效率。

比较之前的装置，该装置的特点是结构简单轻便、易于操作，测试结果稳定。在实际使用前应注意清洁，实际测定时，要注意滤过材料边缘的密封，以免影响测定结果。但在一些方面还存在不完善，比如装置体积较大，携带不便; 在测定时，仅能进行吸入空气的模拟，即口罩滤料的单向进气，尚不能模拟真人呼气和吸气两个动作的交替。仍有进一步的改进空间。