नेव्हिगेशन मास्क सामग्रीसाठी कार्यप्रदर्शन मानक: कण गाळण्याची क्षमता मोजण्यासाठी सानुकूलित उपकरण-LaRue-ग्लोबल आव्हाने

सेंटर ऑफ एक्सलन्स फॉर प्रोटेक्टिव्ह इक्विपमेंट अँड मटेरियल्स (CEPEM), 1280 Main St. W., Hamilton, ON, कॅनडा
या लेखाची संपूर्ण मजकूर आवृत्ती तुमच्या मित्र आणि सहकाऱ्यांसोबत शेअर करण्यासाठी खालील लिंक वापरा.अधिक जाणून घ्या.
सार्वजनिक आरोग्य एजन्सी शिफारस करतात की समुदायांनी COVID-19 सारख्या वायुजन्य रोगांचा प्रसार कमी करण्यासाठी मास्क वापरावे.जेव्हा मास्क उच्च-कार्यक्षमतेचे फिल्टर म्हणून काम करतो, तेव्हा विषाणूचा प्रसार कमी होईल, म्हणून मास्कच्या कण गाळण्याची क्षमता (PFE) चे मूल्यांकन करणे महत्त्वाचे आहे.तथापि, टर्नकी पीएफई सिस्टीम खरेदी करणे किंवा मान्यताप्राप्त प्रयोगशाळा भाड्याने घेण्याशी संबंधित उच्च खर्च आणि दीर्घ आघाडी वेळ फिल्टर सामग्रीच्या चाचणीमध्ये अडथळा आणतात.स्पष्टपणे "सानुकूलित" PFE चाचणी प्रणालीची आवश्यकता आहे;तथापि, (वैद्यकीय) मुखवटे (उदाहरणार्थ, ASTM इंटरनॅशनल, NIOSH) ची PFE चाचणी लिहून देणारी विविध मानके त्यांच्या प्रोटोकॉल आणि मार्गदर्शक तत्त्वांच्या स्पष्टतेमध्ये मोठ्या प्रमाणात बदलतात.येथे, सध्याच्या वैद्यकीय मास्क मानकांच्या संदर्भात “अंतर्गत” पीएफई सिस्टम आणि मास्क चाचणी करण्याच्या पद्धतीचा विकास वर्णन केला आहे.ASTM आंतरराष्ट्रीय मानकांनुसार, प्रणाली लेटेक्स गोलाकार (0.1 µm नाममात्र आकाराचे) एरोसोल वापरते आणि मास्क सामग्रीच्या अपस्ट्रीम आणि डाउनस्ट्रीम कण एकाग्रता मोजण्यासाठी लेसर कण विश्लेषक वापरते.विविध सामान्य फॅब्रिक्स आणि वैद्यकीय मुखवटे वर PFE मोजमाप करा.बदलत्या गरजा आणि फिल्टरिंग परिस्थितीशी जुळवून घेण्यासाठी लवचिकता प्रदान करताना या कामात वर्णन केलेली पद्धत पीएफई चाचणीच्या सध्याच्या मानकांची पूर्तता करते.
सार्वजनिक आरोग्य एजन्सी शिफारस करतात की सामान्य जनतेने COVID-19 आणि इतर थेंब आणि एरोसोल-जनित रोगांचा प्रसार मर्यादित करण्यासाठी मास्क घालावे.[१] मास्क घालण्याची आवश्यकता प्रसार कमी करण्यासाठी प्रभावी आहे आणि [२] असे सूचित करते की न तपासलेले समुदाय मुखवटे उपयुक्त फिल्टरिंग प्रदान करतात.खरं तर, मॉडेलिंग अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की कोविड-19 प्रसारामध्ये झालेली घट ही मुखवटा परिणामकारकता आणि दत्तक घेण्याच्या दराच्या एकत्रित उत्पादनाच्या जवळजवळ प्रमाणात आहे आणि या आणि इतर लोकसंख्या-आधारित उपायांचा हॉस्पिटलायझेशन आणि मृत्यू कमी करण्यात एक समन्वयात्मक प्रभाव आहे.[३]
हेल्थकेअर आणि इतर फ्रंटलाइन कामगारांना आवश्यक असलेल्या प्रमाणित वैद्यकीय मुखवटे आणि श्वसन यंत्रांची संख्या नाटकीयरित्या वाढली आहे, ज्यामुळे विद्यमान उत्पादन आणि पुरवठा साखळ्यांसमोर आव्हाने निर्माण झाली आहेत आणि नवीन उत्पादकांना नवीन सामग्रीची द्रुतपणे चाचणी आणि प्रमाणित करण्यास प्रवृत्त केले आहे.ASTM इंटरनॅशनल आणि नॅशनल इन्स्टिट्यूट ऑफ ऑक्युपेशनल सेफ्टी अँड हेल्थ (NIOSH) सारख्या संस्थांनी वैद्यकीय मुखवटे तपासण्यासाठी प्रमाणित पद्धती विकसित केल्या आहेत;तथापि, या पद्धतींचे तपशील मोठ्या प्रमाणात बदलतात, आणि प्रत्येक संस्थेने स्वतःचे कार्यप्रदर्शन मानक स्थापित केले आहेत.
पार्टिक्युलेट फिल्ट्रेशन एफिशिअन्सी (PFE) हे मास्कचे सर्वात महत्त्वाचे वैशिष्ट्य आहे कारण ते लहान कण जसे की एरोसोल फिल्टर करण्याच्या क्षमतेशी संबंधित आहे.ASTM इंटरनॅशनल किंवा NIOSH सारख्या नियामक संस्थांद्वारे प्रमाणित होण्यासाठी वैद्यकीय मुखवटे विशिष्ट PFE लक्ष्ये [4-6] पूर्ण करणे आवश्यक आहे.सर्जिकल मास्क ASTM द्वारे प्रमाणित केले जातात आणि N95 रेस्पिरेटर्स NIOSH द्वारे प्रमाणित केले जातात, परंतु दोन्ही मुखवटे विशिष्ट PFE कट-ऑफ मूल्ये पास करणे आवश्यक आहे.उदाहरणार्थ, N95 मुखवटे 0.075 µm च्या सरासरी व्यासासह मिठाच्या कणांनी बनलेल्या एरोसोलसाठी 95% गाळण्याची प्रक्रिया पूर्ण करणे आवश्यक आहे, तर ASTM 2100 L3 सर्जिकल मास्कने सरासरी Fµ1 मीटर व्यासाच्या लेटेक्स बॉल्सने बनलेल्या एरोसोलसाठी 98% गाळण्याची प्रक्रिया करणे आवश्यक आहे. .
पहिले दोन पर्याय महाग आहेत (> $1,000 प्रति चाचणी नमुने, विनिर्दिष्ट उपकरणांसाठी > $150,000 असा अंदाज आहे), आणि COVID-19 महामारी दरम्यान, प्रदीर्घ वितरण वेळ आणि पुरवठा समस्यांमुळे विलंब होतो.PFE चाचणीची उच्च किंमत आणि मर्यादित प्रवेश अधिकार—प्रमाणित कार्यप्रदर्शन मूल्यमापनांवर सुसंगत मार्गदर्शनाच्या अभावासह—संशोधकांना विविध प्रकारच्या सानुकूलित चाचणी प्रणाली वापरण्यास प्रवृत्त केले आहे, जे बहुतेक वेळा प्रमाणित वैद्यकीय मास्कसाठी एक किंवा अधिक मानकांवर आधारित असतात.
विद्यमान साहित्यात आढळणारी विशेष मुखवटा सामग्री चाचणी उपकरणे सहसा वर नमूद केलेल्या NIOSH किंवा ASTM F2100/F2299 मानकांसारखी असतात.तथापि, संशोधकांना त्यांच्या प्राधान्यांनुसार डिझाइन किंवा ऑपरेटिंग पॅरामीटर्स निवडण्याची किंवा बदलण्याची संधी आहे.उदाहरणार्थ, नमुन्याच्या पृष्ठभागाचा वेग, हवा/एरोसोल प्रवाह दर, नमुना आकार (क्षेत्र) आणि एरोसोल कण रचना यातील बदल वापरले गेले आहेत.बर्याच अलीकडील अभ्यासांनी मुखवटा सामग्रीचे मूल्यांकन करण्यासाठी सानुकूलित उपकरणे वापरली आहेत.ही उपकरणे सोडियम क्लोराईड एरोसोल वापरतात आणि NIOSH मानकांच्या जवळ आहेत.उदाहरणार्थ, रोगक एट अल.(2020), Zangmeister et al.(2020), Drunic et al.(२०२०) आणि जू एट अल.(2021) सर्व तयार केलेली उपकरणे सोडियम क्लोराईड एरोसोल (विविध आकार) तयार करतील, जे इलेक्ट्रिक चार्जद्वारे तटस्थ केले जाते, फिल्टर केलेल्या हवेने पातळ केले जाते आणि सामग्रीच्या नमुन्याकडे पाठवले जाते, जेथे ऑप्टिकल कण आकारमान, विविध एकत्रित कण एकाग्रता मापनाचे घनरूप कण [9, 14-16] कोंडा आणि इतर.(2020) आणि Hao et al.(2020) तत्सम उपकरण तयार केले गेले, परंतु चार्ज न्यूट्रलायझर समाविष्ट केले गेले नाही.[८, १७] या अभ्यासांमध्ये, नमुन्यातील हवेचा वेग 1 आणि 90 L min-1 (कधीकधी प्रवाह/वेग प्रभाव शोधण्यासाठी) दरम्यान बदलतो;तथापि, पृष्ठभागाचा वेग 5.3 आणि 25 सेमी s-1 दरम्यान होता.नमुन्याचा आकार ≈3.4 आणि 59 सेमी 2 मधील बदलू शकतो.
याउलट, ASTM F2100/F2299 मानकांच्या जवळ असलेल्या लेटेक्स एरोसोलचा वापर करून उपकरणांद्वारे मुखवटा सामग्रीचे मूल्यमापन करण्याबाबत काही अभ्यास आहेत.उदाहरणार्थ, बघेरी वगैरे.(२०२१), शाक्य आणि इतर.(2016) आणि Lu et al.(2020) पॉलिस्टीरिन लेटेक्स एरोसोल तयार करण्यासाठी एक उपकरण तयार केले, जे पातळ केले गेले आणि सामग्रीच्या नमुन्यांना पाठवले गेले, जेथे कण एकाग्रता मोजण्यासाठी विविध कण विश्लेषक किंवा स्कॅनिंग मोबिलिटी कण आकार विश्लेषक वापरले गेले.[18-20] आणि लू आणि इतर.त्यांच्या एरोसोल जनरेटरच्या डाउनस्ट्रीममध्ये चार्ज न्यूट्रलायझरचा वापर केला गेला आणि इतर दोन अभ्यासांच्या लेखकांनी तसे केले नाही.नमुन्यातील हवेचा प्रवाह दर देखील थोडा बदलला — परंतु F2299 मानकाच्या मर्यादेत — ≈7.3 ते 19 L मिनिट-1 पर्यंत.बघेरी इत्यादींनी अभ्यासलेल्या हवेच्या पृष्ठभागाचा वेग.अनुक्रमे 2 आणि 10 cm s–1 (मानक श्रेणीमध्ये) आहे.आणि लू आणि इतर., आणि शाक्य आणि इतर.[18-20] याव्यतिरिक्त, लेखक आणि शाक्य आणि इतर.विविध आकारांचे लेटेक्स गोलाकार तपासले (म्हणजे, एकूण, 20 nm ते 2500 nm).आणि लू इ.किमान त्यांच्या काही चाचण्यांमध्ये, ते निर्दिष्ट 100 nm (0.1 µm) कण आकार वापरतात.
या कामात, आम्ही PFE उपकरण तयार करताना येणाऱ्या आव्हानांचे वर्णन करतो जे सध्याच्या ASTM F2100/F2299 मानकांना शक्य तितके अनुरूप आहे.मुख्य लोकप्रिय मानकांपैकी (म्हणजे NIOSH आणि ASTM F2100/F2299), ASTM मानक नॉन-मेडिकल मास्कमध्ये PFE वर परिणाम करू शकणार्‍या फिल्टरिंग कार्यक्षमतेचा अभ्यास करण्यासाठी पॅरामीटर्समध्ये (जसे की हवा प्रवाह दर) अधिक लवचिकता प्रदान करते.तथापि, आम्ही दाखवल्याप्रमाणे, ही लवचिकता अशा उपकरणांच्या डिझाइनमध्ये जटिलतेची अतिरिक्त पातळी प्रदान करते.
सिग्मा-अल्ड्रिचकडून रसायने खरेदी केली गेली आणि ती जशीच्या तशी वापरली गेली.स्टायरीन मोनोमर (≥99%) हे एल्युमिना इनहिबिटर रिमूव्हर असलेल्या काचेच्या स्तंभाद्वारे शुद्ध केले जाते, जे tert-butylcatechol काढण्यासाठी डिझाइन केलेले आहे.डीआयोनाइज्ड पाणी (≈0.037 µS cm–1) हे सारटोरियस एरियम जलशुद्धीकरण प्रणालीतून येते.
147 ग्रॅम -2 नाममात्र वजनासह 100% कापूस साधा विणणे (मलमल सीटी) व्हेरेटेक्स लाइनिंग लिमिटेड, क्यूसी, आणि बांबू/स्पॅन्डेक्स मिश्रण डी. झिनमन टेक्सटाइल, क्यूसी कडून येते.इतर उमेदवार मुखवटा साहित्य स्थानिक फॅब्रिक किरकोळ विक्रेत्यांकडून (फॅब्रिकलँड) येतात.या सामग्रीमध्ये दोन भिन्न 100% सूती विणलेले कापड (वेगवेगळ्या प्रिंटसह), एक कापूस/स्पॅन्डेक्स विणलेले कापड, दोन कापूस/पॉलिस्टर विणलेले कापड (एक “युनिव्हर्सल” आणि एक “स्वेटर फॅब्रिक”) आणि एक न विणलेले कापूस/पॉलीप्रॉपिलीन मिश्रित कापूस फलंदाजी साहित्य.तक्ता 1 ज्ञात फॅब्रिक गुणधर्मांचा सारांश दर्शविते.नवीन उपकरणे बेंचमार्क करण्यासाठी, ASTM 2100 लेव्हल 2 (L2) आणि लेव्हल 3 (L3; Halyard) प्रमाणित मेडिकल मास्क आणि N95 रेस्पिरेटर्स (3M) यासह प्रमाणित वैद्यकीय मुखवटे स्थानिक रुग्णालयांमधून मिळवले गेले.
चाचणीसाठी प्रत्येक सामग्रीमधून अंदाजे 85 मिमी व्यासाचा एक गोलाकार नमुना कापला गेला;सामग्रीमध्ये आणखी कोणतेही बदल केले गेले नाहीत (उदाहरणार्थ, धुणे).चाचणीसाठी PFE उपकरणाच्या नमुना धारकामध्ये फॅब्रिक लूप क्लॅम्प करा.हवेच्या प्रवाहाच्या संपर्कात असलेल्या नमुन्याचा वास्तविक व्यास 73 मिमी आहे आणि उर्वरित साहित्य नमुना घट्टपणे निश्चित करण्यासाठी वापरले जाते.एकत्रित केलेल्या मास्कसाठी, चेहऱ्याला स्पर्श करणारी बाजू पुरवलेल्या सामग्रीच्या एरोसोलपासून दूर आहे.
इमल्शन पॉलिमरायझेशनद्वारे मोनोडिस्पर्स एनिओनिक पॉलिस्टीरिन लेटेक्स गोलाकारांचे संश्लेषण.मागील अभ्यासात वर्णन केलेल्या प्रक्रियेनुसार, प्रतिक्रिया मोनोमर उपासमारीच्या अर्ध-बॅच मोडमध्ये केली गेली.[२१, २२] 250 एमएलच्या तीन-मानेच्या गोल तळाच्या फ्लास्कमध्ये डीआयोनाइज्ड पाणी (160 मिली) घाला आणि ते तेलाच्या आंघोळीत ठेवा.नंतर फ्लास्कला नायट्रोजनने शुद्ध करण्यात आले आणि इनहिबिटर-फ्री स्टायरीन मोनोमर (2.1 एमएल) शुद्ध केलेल्या, ढवळलेल्या फ्लास्कमध्ये जोडले गेले.70 डिग्री सेल्सिअस तापमानावर 10 मिनिटांनंतर, सोडियम लॉरील सल्फेट (0.235 ग्रॅम) विआयनीकृत पाण्यात (8 एमएल) विरघळलेले घाला.आणखी 5 मिनिटांनंतर, पोटॅशियम पर्सल्फेट (0.5 ग्रॅम) डिआयोनाइज्ड पाण्यात (2 एमएल) विरघळले.पुढील 5 तासांमध्ये, फ्लास्कमध्ये 66 μL मिनिट-1 दराने अतिरिक्त अवरोधक-मुक्त स्टायरीन (20 एमएल) हळूहळू इंजेक्ट करण्यासाठी सिरिंज पंप वापरा.स्टायरीन ओतणे पूर्ण झाल्यानंतर, प्रतिक्रिया आणखी 17 तासांपर्यंत चालू राहिली.मग पॉलिमरायझेशन समाप्त करण्यासाठी फ्लास्क उघडला आणि थंड केला.संश्लेषित पॉलिस्टीरिन लेटेक्स इमल्शनचे पाच दिवसांसाठी स्नेकस्किन डायलिसिस ट्यूब (3500 Da मॉलिक्युलर वेट कट-ऑफ) मध्ये डीआयोनाइज्ड पाण्याच्या विरूद्ध डायलायझ केले गेले आणि डीआयोनाइज्ड पाणी दररोज बदलले गेले.डायलिसिस ट्यूबमधून इमल्शन काढा आणि वापर होईपर्यंत 4°C वर रेफ्रिजरेटरमध्ये ठेवा.
डायनॅमिक लाइट स्कॅटरिंग (DLS) ब्रूकहेव्हन 90प्लस विश्लेषकाने केले गेले, लेसर तरंगलांबी 659 एनएम होती आणि डिटेक्टर अँगल 90° होता.डेटाचे विश्लेषण करण्यासाठी अंगभूत कण समाधान सॉफ्टवेअर (v2.6; Brookhaven Instruments Corporation) वापरा.कणांची संख्या अंदाजे ५०० हजार प्रति सेकंद (kcps) होईपर्यंत लेटेक्स सस्पेंशन डीआयोनाइज्ड पाण्याने पातळ केले जाते.कण आकार 125 ± 3 nm असल्याचे निर्धारित केले गेले होते, आणि नोंदवलेले पॉलीडिस्पर्सिटी 0.289 ± 0.006 होते.
फेज अॅनालिसिस लाइट स्कॅटरिंग मोडमध्ये झेटा पोटेंशिअलचे मोजलेले मूल्य मिळविण्यासाठी ZetaPlus zeta पोटेंशिअल अॅनालायझर (Brookhaven Instruments Corp.) वापरला गेला.5 × 10-3m NaCl सोल्युशनमध्ये लेटेक्सचे अलिकट जोडून आणि अंदाजे 500 kcps कणांची संख्या प्राप्त करण्यासाठी लेटेक्स सस्पेंशन पुन्हा पातळ करून नमुना तयार केला गेला.पाच पुनरावृत्ती मोजमाप (प्रत्येक 30 धावांचा समावेश) केले गेले, परिणामी -55.1 ± 2.8 mV चे झेटा संभाव्य मूल्य, जेथे त्रुटी पाच पुनरावृत्तीच्या सरासरी मूल्याचे मानक विचलन दर्शवते.हे मोजमाप दर्शवितात की कण नकारात्मक चार्ज केलेले आहेत आणि एक स्थिर निलंबन तयार करतात.DLS आणि zeta संभाव्य डेटा S2 आणि S3 सहाय्यक माहिती सारण्यांमध्ये आढळू शकतात.
आम्ही उपकरणे ASTM आंतरराष्ट्रीय मानकांनुसार तयार केली आहेत, खाली वर्णन केल्याप्रमाणे आणि आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे. सिंगल-जेट ब्लॉस्टीन अॅटोमायझेशन मॉड्यूल (BLAM; CHTech) एरोसोल जनरेटरचा वापर लेटेक्स बॉल्स असलेले एरोसोल तयार करण्यासाठी केला जातो.फिल्टर केलेला हवा प्रवाह (GE Healthcare Whatman 0.3 µm HEPA-CAP आणि 0.2 µm POLYCAP TF फिल्टरद्वारे मिळवलेला) 20 psi (6.9 kPa) च्या दाबाने एरोसोल जनरेटरमध्ये प्रवेश करतो आणि L-15 mg चा एक भाग परमाणु बनवतो. निलंबन द्रव हे उपकरणाच्या लेटेक्स बॉलमध्ये सिरिंज पंप (KD सायंटिफिक मॉडेल 100) द्वारे इंजेक्ट केले जाते.एरोसोलाइज्ड ओले कण ट्यूबुलर हीट एक्सचेंजरद्वारे एरोसोल जनरेटर सोडून हवेच्या प्रवाहातून वाळवले जातात.हीट एक्सचेंजरमध्ये 5/8” स्टेनलेस स्टील ट्यूब जखमेच्या 8-फूट-लांब गरम कॉइलचा समावेश आहे.आउटपुट 216 W (Briskheat) आहे.त्याच्या समायोज्य डायलनुसार, हीटर आउटपुट डिव्हाइसच्या कमाल मूल्याच्या 40% वर सेट केले जाते (≈86 W);हे 112 °C (मानक विचलन ≈1 °C) चे सरासरी बाह्य भिंतीचे तापमान निर्माण करते, जे पृष्ठभाग-आरोहित थर्मोकूपल (टेलर यूएसए) मापनाद्वारे निर्धारित केले जाते.सहाय्यक माहितीमधील आकृती S4 हीटरच्या कामगिरीचा सारांश देते.
वाळलेल्या अणूयुक्त कणांना फिल्टर केलेल्या हवेच्या मोठ्या प्रमाणात मिसळून एकूण 28.3 L मिनिट-1 (म्हणजे 1 घनफूट प्रति मिनिट) हवा प्रवाह दर प्राप्त होतो.हे मूल्य निवडले गेले कारण ते लेसर कण विश्लेषक इन्स्ट्रुमेंटचे अचूक प्रवाह दर आहे.लेटेक्स कण वाहून नेणारा वायु प्रवाह दोन पैकी एका उभ्या चेंबरमध्ये (म्हणजे गुळगुळीत-भिंतीच्या स्टेनलेस स्टीलच्या नळ्या) पाठविला जातो: मुखवटा सामग्रीशिवाय एक "नियंत्रण" कक्ष, किंवा वर्तुळाकार-कट "नमुना" चेंबर-उपयोग वेगळे करता येण्याजोगा नमुना धारक फॅब्रिकच्या बाहेर घातली जाते.दोन चेंबर्सचा आतील व्यास 73 मिमी आहे, जो नमुना धारकाच्या आतील व्यासाशी जुळतो.नमुना धारक मुखवटा सामग्री घट्टपणे सील करण्यासाठी खोबणीच्या रिंग्ज आणि रीसेस्ड बोल्ट वापरतो आणि नंतर नमुना चेंबरच्या गॅपमध्ये वेगळे करण्यायोग्य ब्रॅकेट घालतो आणि रबर गॅस्केट आणि क्लॅम्प्ससह डिव्हाइसमध्ये घट्टपणे सील करतो (आकृती S2, समर्थन माहिती).
एअरफ्लोच्या संपर्कात असलेल्या फॅब्रिक नमुन्याचा व्यास 73 मिमी (क्षेत्र = 41.9 सेमी 2) आहे;चाचणी दरम्यान नमुना चेंबरमध्ये ते सीलबंद केले जाते.लेटेक्स कणांची संख्या आणि एकाग्रता मोजण्यासाठी “नियंत्रण” किंवा “नमुना” चेंबरमधून निघणारा वायुप्रवाह लेसर कण विश्लेषक (कण मापन प्रणाली LASAIR III 110) मध्ये हस्तांतरित केला जातो.कण विश्लेषक कणांच्या एकाग्रतेच्या खालच्या आणि वरच्या मर्यादा, अनुक्रमे 2 × 10-4 आणि ≈34 कण प्रति घनफूट (7 आणि ≈950 000 कण प्रति घनफूट) निर्दिष्ट करते.लेटेक्स कण एकाग्रतेच्या मोजमापासाठी, एरोसोलमधील सिंगल लेटेक्स कणांच्या अंदाजे आकाराशी संबंधित, कण एकाग्रता कमी मर्यादा आणि 0.10-0.15 µm च्या वरच्या मर्यादेसह "बॉक्स" मध्ये नोंदवली जाते.तथापि, इतर बिन आकारांचा वापर केला जाऊ शकतो आणि जास्तीत जास्त 5 µm कण आकारासह एकाच वेळी अनेक डब्यांचे मूल्यांकन केले जाऊ शकते.
उपकरणांमध्ये इतर उपकरणे देखील समाविष्ट आहेत, जसे की चेंबर फ्लश करण्यासाठी उपकरणे आणि स्वच्छ फिल्टर केलेल्या हवेसह कण विश्लेषक, तसेच आवश्यक वाल्व आणि उपकरणे (आकृती 1).संपूर्ण पाइपिंग आणि इन्स्ट्रुमेंटेशन आकृती आकृती S1 आणि सहाय्यक माहितीच्या टेबल S1 मध्ये दर्शविल्या आहेत.
प्रयोगादरम्यान, लेटेक्स सस्पेंशन एरोसोल जनरेटरमध्ये ≈60 ते 100 μL मिन-1 प्रवाह दराने इंजेक्ट केले गेले होते, ज्यामुळे कणांचे स्थिर उत्पादन राखण्यात आले होते, अंदाजे 14-25 कण प्रति घन सेंटीमीटर (400 000-मीटर प्रति घन)700 सेंटीमीटर 000 कण).फूट) 0.10–0.15 µm आकाराच्या डब्यात.एरोसोल जनरेटरच्या डाउनस्ट्रीम लेटेक्स कणांच्या एकाग्रतेमध्ये आढळलेल्या बदलांमुळे या प्रवाह दर श्रेणीची आवश्यकता आहे, ज्याचे श्रेय एरोसोल जनरेटरच्या लिक्विड ट्रॅपद्वारे कॅप्चर केलेल्या लेटेक्स सस्पेंशनच्या प्रमाणात बदल केले जाऊ शकते.
दिलेल्या फॅब्रिक नमुन्याचे PFE मोजण्यासाठी, लेटेक्स पार्टिकल एरोसोल प्रथम कंट्रोल रूममधून हस्तांतरित केले जाते आणि नंतर कण विश्लेषकाकडे निर्देशित केले जाते.तीन कणांची एकाग्रता जलद सलगपणे मोजा, ​​प्रत्येक एक मिनिट टिकेल.कण विश्लेषक विश्लेषणादरम्यान कणांच्या सरासरी एकाग्रतेचा अहवाल देतो, म्हणजेच नमुन्याच्या एका मिनिटात (28.3 एल) कणांची सरासरी एकाग्रता.स्थिर कण संख्या आणि वायू प्रवाह दर स्थापित करण्यासाठी हे बेसलाइन मोजमाप घेतल्यानंतर, एरोसोल नमुना चेंबरमध्ये हस्तांतरित केले जाते.एकदा प्रणाली समतोल (सामान्यत: 60-90 सेकंद) गाठली की, आणखी तीन सलग एक-मिनिटाची मोजमाप वेगाने केली जाते.हे नमुना मोजमाप फॅब्रिक नमुन्यातून जाणाऱ्या कणांच्या एकाग्रतेचे प्रतिनिधित्व करतात.त्यानंतर, एरोसोलचा प्रवाह पुन्हा कंट्रोल रूममध्ये विभाजित करून, संपूर्ण नमुना मूल्यमापन प्रक्रियेदरम्यान अपस्ट्रीम कण एकाग्रतामध्ये लक्षणीय बदल झाला नाही हे सत्यापित करण्यासाठी नियंत्रण कक्षातून आणखी तीन कण एकाग्रता मोजमाप घेण्यात आले.दोन चेंबर्सची रचना सारखीच असल्यामुळे - नमुना चेंबर नमुना धारकाला सामावून घेऊ शकतो याशिवाय - चेंबरमधील प्रवाहाची स्थिती सारखीच मानली जाऊ शकते, त्यामुळे नियंत्रण कक्ष आणि नमुना चेंबर सोडून गॅसमधील कणांचे प्रमाण तुलना करता येते.
कण विश्लेषक उपकरणाचे आयुष्य टिकवून ठेवण्यासाठी आणि प्रत्येक चाचणी दरम्यान सिस्टममधील एरोसोल कण काढून टाकण्यासाठी, प्रत्येक मोजमापानंतर कण विश्लेषक स्वच्छ करण्यासाठी HEPA फिल्टर केलेले एअर जेट वापरा आणि नमुने बदलण्यापूर्वी नमुना चेंबर स्वच्छ करा.कृपया PFE डिव्हाइसवरील एअर फ्लशिंग सिस्टमच्या योजनाबद्ध आकृतीसाठी समर्थन माहितीमध्ये आकृती S1 पहा.
ही गणना एकाच सामग्रीच्या नमुन्यासाठी एकल "पुनरावृत्ती" PFE मोजमाप दर्शवते आणि ASTM F2299 (समीकरण (2)) मधील PFE गणनेशी समतुल्य आहे.
§2.1 मध्‍ये उल्‍लेखित मटेरिअल मास्‍क मटेरिअल म्‍हणून त्‍यांची उपयुक्तता निर्धारित करण्‍यासाठी §2.3 मध्‍ये वर्णन केलेली PFE उपकरणे वापरून लेटेक्स एरोसोलसह आव्हान दिले होते.आकृती 2 कण एकाग्रता विश्लेषकाकडून प्राप्त केलेले वाचन दर्शविते आणि स्वेटर फॅब्रिक्स आणि बॅटिंग सामग्रीची PFE मूल्ये एकाच वेळी मोजली जातात.एकूण दोन सामग्री आणि सहा पुनरावृत्तीसाठी तीन नमुना विश्लेषणे केली गेली.साहजिकच, तीन वाचनांच्या संचामधील पहिले वाचन (फिकट रंगाने छायांकित केलेले) इतर दोन वाचनांपेक्षा वेगळे असते.उदाहरणार्थ, आकृती 2 मधील 12-15 ट्रिपल्समधील इतर दोन वाचनांच्या सरासरीपेक्षा पहिले वाचन 5% पेक्षा जास्त वेगळे आहे.हे निरीक्षण कण विश्लेषकाद्वारे वाहणाऱ्या एरोसोल-युक्त हवेच्या संतुलनाशी संबंधित आहे.सामग्री आणि पद्धतींमध्ये चर्चा केल्याप्रमाणे, समतोल वाचन (दुसरे आणि तिसरे नियंत्रण आणि नमुना वाचन) पीएफईची गणना करण्यासाठी आकृती 2 मधील गडद निळ्या आणि लाल रंगात अनुक्रमे वापरण्यात आले.एकूणच, तीन प्रतिकृतींचे सरासरी PFE मूल्य स्वेटर फॅब्रिकसाठी 78% ± 2% आणि कॉटन बॅटिंग सामग्रीसाठी 74% ± 2% आहे.
प्रणालीच्या कार्यक्षमतेचा बेंचमार्क करण्यासाठी, ASTM 2100 प्रमाणित वैद्यकीय मास्क (L2, L3) आणि NIOSH रेस्पिरेटर्स (N95) चे देखील मूल्यमापन करण्यात आले.ASTM F2100 मानक लेव्हल 2 आणि लेव्हल 3 मास्कच्या 0.1 µm कणांची सब-मायक्रॉन कण फिल्टरेशन कार्यक्षमता अनुक्रमे ≥ 95% आणि ≥ 98% सेट करते.[५] त्याचप्रमाणे, NIOSH-प्रमाणित N95 श्वसन यंत्रांनी 0.075 µm च्या सरासरी व्यासासह परमाणुयुक्त NaCl नॅनोकणांसाठी ≥95% ची गाळण्याची क्षमता दर्शविली पाहिजे.[२४] रेंगासामी वगैरे.अहवालानुसार, तत्सम N95 मुखवटे 99.84%–99.98%, [25] Zangmeister et al चे PFE मूल्य दर्शवतात.अहवालानुसार, त्यांचे N95 99.9% पेक्षा जास्त किमान गाळण्याची क्षमता निर्माण करते, [१४] तर जू एट अल.अहवालानुसार, 3M N95 मुखवटे 99% PFE (300 nm कण), [16] आणि Hao et al.नोंदवलेले N95 PFE (300 nm कण) 94.4% आहे.[१७] शाक्य व अन्य यांनी आव्हान दिलेल्या दोन N95 मास्कसाठी.0.1 µm लेटेक्स बॉलसह, PFE अंदाजे 80% आणि 100% दरम्यान घसरला.[१९] जेव्हा लू इ.N95 मास्कचे मूल्यांकन करण्यासाठी समान आकाराचे लेटेक्स बॉल वापरून, सरासरी PFE 93.8% असल्याचे नोंदवले जाते.[२०] या कामात वर्णन केलेल्या उपकरणांचा वापर करून मिळालेल्या परिणामांवरून असे दिसून येते की N95 मास्कचा PFE 99.2 ± 0.1% आहे, जो पूर्वीच्या बहुतेक अभ्यासांशी सुसंगत आहे.
अनेक अभ्यासांमध्ये सर्जिकल मास्कचीही चाचणी करण्यात आली आहे.Hao et al चे सर्जिकल मास्क.73.4% चे PFE (300 nm कण) दर्शविले, [17] तर Drewnic et al द्वारे चाचणी केलेल्या तीन सर्जिकल मास्क.PFE ने अंदाजे 60% ते जवळजवळ 100% पर्यंत श्रेणी उत्पादित केली.[१५] (नंतरचा मुखवटा प्रमाणित मॉडेल असू शकतो.) तथापि, झांगमेस्टर एट अल.अहवालानुसार, चाचणी केलेल्या दोन सर्जिकल मास्कची किमान गाळण्याची क्षमता केवळ ३०% पेक्षा किंचित जास्त आहे, [१४] या अभ्यासात चाचणी केलेल्या सर्जिकल मास्कपेक्षा खूपच कमी आहे.त्याचप्रमाणे, जू एट अल यांनी चाचणी केलेला “ब्लू सर्जिकल मास्क”.PFE (300 nm कण) फक्त 22% आहे हे सिद्ध करा.[१६] शाक्य वगैरे.नोंदवले गेले की सर्जिकल मास्कचे PFE (0.1 µm लेटेक्स कण वापरून) अंदाजे 60-80% कमी झाले.[१९] समान आकाराचे लेटेक्स बॉल वापरून, लू एट अल.च्या सर्जिकल मास्कने सरासरी ८०.२% पीएफई निकाल दिला.[२०] तुलनेत, आमच्या L2 मुखवटाचा PFE 94.2 ± 0.6% आहे आणि L3 मुखवटाचा PFE 94.9 ± 0.3% आहे.जरी हे PFE साहित्यातील अनेक PFE ला मागे टाकत असले तरी, आम्ही हे लक्षात घेतले पाहिजे की मागील संशोधनात जवळजवळ कोणतीही प्रमाणन पातळी नमूद केलेली नाही आणि आमच्या सर्जिकल मास्कने स्तर 2 आणि स्तर 3 प्रमाणपत्र प्राप्त केले आहे.
ज्या प्रकारे आकृती 2 मधील उमेदवार मुखवटा सामग्रीचे विश्लेषण केले गेले त्याच प्रकारे, मुखवटामधील त्यांची योग्यता निर्धारित करण्यासाठी आणि PFE उपकरणाचे कार्य प्रदर्शित करण्यासाठी इतर सहा सामग्रीवर तीन चाचण्या केल्या गेल्या.आकृती 3 सर्व चाचणी केलेल्या सामग्रीची PFE मूल्ये प्लॉट करते आणि प्रमाणित L3 आणि N95 मुखवटा सामग्रीचे मूल्यांकन करून मिळवलेल्या PFE मूल्यांशी त्यांची तुलना करते.या कामासाठी निवडलेल्या 11 मुखवटे/उमेदवार मुखवटा सामग्रीमधून, PFE कामगिरीची विस्तृत श्रेणी स्पष्टपणे पाहिली जाऊ शकते, ≈10% ते 100% पर्यंत, इतर अभ्यासांशी सुसंगत, [8, 9, 15] आणि उद्योग वर्णनकर्त्यांशी पीएफई आणि पीएफई यांच्यात कोणताही स्पष्ट संबंध नाही.उदाहरणार्थ, समान रचना असलेली सामग्री (दोन 100% कापूस नमुने आणि सूती मलमल) खूप भिन्न PFE मूल्ये प्रदर्शित करतात (अनुक्रमे 14%, 54% आणि 13%).परंतु हे आवश्यक आहे की कमी कार्यक्षमता (उदाहरणार्थ, 100% कापूस A; PFE ≈ 14%), मध्यम कामगिरी (उदाहरणार्थ, 70%/30% कापूस/पॉलिस्टर मिश्रण; PFE ≈ 49%) आणि उच्च कार्यक्षमता (उदाहरणार्थ, स्वेटर फॅब्रिक; PFE ≈ 78%) या कामात वर्णन केलेल्या PFE उपकरणांचा वापर करून फॅब्रिक स्पष्टपणे ओळखले जाऊ शकते.विशेषत: स्वेटर फॅब्रिक्स आणि कॉटन बॅटिंग मटेरियलने 70% ते 80% पर्यंत PFE सह खूप चांगले प्रदर्शन केले.अशा उच्च-कार्यक्षमतेची सामग्री त्यांच्या उच्च फिल्टरेशन कार्यक्षमतेमध्ये योगदान देणारी वैशिष्ट्ये समजून घेण्यासाठी अधिक तपशीलाने ओळखली जाऊ शकते आणि त्यांचे विश्लेषण केले जाऊ शकते.तथापि, आम्ही स्मरण करून देऊ इच्छितो की समान उद्योग वर्णन असलेल्या (म्हणजे कापूस साहित्य) सामग्रीचे पीएफई परिणाम खूप भिन्न असल्यामुळे, हे डेटा हे सूचित करत नाहीत की कापडाच्या मुखवट्यांसाठी कोणती सामग्री मोठ्या प्रमाणावर उपयुक्त आहे, आणि गुणधर्मांचा अंदाज लावण्याचा आमचा हेतू नाही- साहित्य श्रेणी.कामगिरी संबंध.आम्ही कॅलिब्रेशन प्रदर्शित करण्यासाठी विशिष्ट उदाहरणे प्रदान करतो, मोजमाप संभाव्य गाळण्याची क्षमता संपूर्ण श्रेणी व्यापते हे दर्शवितो आणि मापन त्रुटीचा आकार देतो.
आमच्या उपकरणांमध्ये मापन क्षमतांची विस्तृत श्रेणी, कमी त्रुटी आणि साहित्यात मिळालेल्या डेटाच्या तुलनेत हे सिद्ध करण्यासाठी आम्ही हे PFE परिणाम प्राप्त केले.उदाहरणार्थ, Zangmeister et al.अनेक विणलेल्या सुती कापडांचे PFE परिणाम (उदा. “कॉटन 1-11″) (89 ते 812 धागे प्रति इंच) नोंदवले जातात.11 पैकी 9 सामग्रीमध्ये, "किमान फिल्टरेशन कार्यक्षमता" 0% ते 25% पर्यंत असते;इतर दोन सामग्रीचे पीएफई सुमारे 32% आहे.[१४] त्याचप्रमाणे कोंडा वगैरे.दोन कॉटन फॅब्रिक्सचा PFE डेटा (80 आणि 600 TPI; 153 आणि 152 gm-2) नोंदवला जातो.PFE अनुक्रमे 7% ते 36% आणि 65% ते 85% पर्यंत आहे.Drewnic et al. च्या अभ्यासात, सिंगल-लेयर कॉटन फॅब्रिक्समध्ये (म्हणजे कापूस, कापूस विणणे, मोलेटन; 139-265 TPI; 80-140 gm–2), सामग्री PFE ची श्रेणी सुमारे 10% ते 30% आहे.जू इत्यादींच्या अभ्यासात, त्यांच्या 100% कापूस सामग्रीमध्ये 8% (300 एनएम कण) पीएफई आहे.बघेरी वगैरे.0.3 ते 0.5 µm पॉलीस्टीरिन लेटेक्स कण वापरले.सहा कापूस पदार्थांचे PFE (120-200 TPI; 136-237 gm-2) मोजले गेले, 0% ते 20% पर्यंत.[१८] त्यामुळे, यातील बहुतेक साहित्य आमच्या तीन सुती कापडांच्या (म्हणजे वेरेटेक्स मलमल सीटी, फॅब्रिक स्टोअर कॉटन ए आणि बी) च्या पीएफई परिणामांशी चांगले सहमत आहेत आणि त्यांची सरासरी गाळण्याची क्षमता अनुक्रमे 13%, 14% आणि आहे.५४%.हे परिणाम सूचित करतात की कापूस सामग्रीमध्ये मोठा फरक आहे आणि उच्च पीएफई (म्हणजे कोंडा एट अल.चा 600 टीपीआय कापूस; आमचा कापूस बी) कमी प्रमाणात समजला जातो.
या तुलना करताना, आम्ही कबूल करतो की साहित्यात चाचणी केलेली सामग्री शोधणे कठीण आहे ज्यात या अभ्यासात चाचणी केलेल्या सामग्रीसह समान वैशिष्ट्ये आहेत (म्हणजे, सामग्रीची रचना, विणकाम आणि विणकाम, TPI, वजन इ.) आणि त्यामुळे थेट तुलना होऊ शकत नाही.याव्यतिरिक्त, लेखकांनी वापरलेल्या साधनांमधील फरक आणि मानकीकरणाचा अभाव यामुळे चांगली तुलना करणे कठीण होते.तरीही, हे स्पष्ट आहे की सामान्य कपड्यांचे कार्यप्रदर्शन/कार्यप्रदर्शन संबंध चांगले समजलेले नाहीत.हे संबंध निश्चित करण्यासाठी सामग्रीची प्रमाणित, लवचिक आणि विश्वासार्ह उपकरणे (जसे की या कामात वर्णन केलेली उपकरणे) सह चाचणी केली जाईल.
एकच प्रतिकृती (0-4%) आणि तिप्पट विश्लेषण केलेल्या नमुन्यांमध्ये एकूण सांख्यिकीय त्रुटी (0-5%) असली तरी, या कामात प्रस्तावित केलेली उपकरणे विविध सामग्रीच्या PFE चाचणीसाठी एक प्रभावी साधन असल्याचे सिद्ध झाले.प्रमाणित वैद्यकीय मुखवटे ते सामान्य फॅब्रिक्स.हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की आकृती 3 साठी चाचणी केलेल्या 11 सामग्रीपैकी, प्रसार त्रुटी σprop एका नमुन्याच्या PFE मापनांमधील मानक विचलनापेक्षा जास्त आहे, म्हणजेच, 11 पैकी 9 सामग्रीचा σsd;हे दोन अपवाद खूप उच्च PFE मूल्यामध्ये (म्हणजे L2 आणि L3 मास्क) आढळतात.रेंगासामी इत्यादींनी सादर केलेले परिणाम जरी.पुनरावृत्ती झालेल्या नमुन्यांमधील फरक कमी आहे हे दाखवून (म्हणजे, पाच पुनरावृत्ती <0.29%), [२५] त्यांनी विशेषत: मुखवटा निर्मितीसाठी डिझाइन केलेल्या उच्च ज्ञात फिल्टरिंग गुणधर्मांसह सामग्रीचा अभ्यास केला: सामग्री स्वतःच अधिक एकसमान असू शकते आणि चाचणी देखील हे आहे. PFE श्रेणीचे क्षेत्र अधिक सुसंगत असू शकते.एकूणच, आमची उपकरणे वापरून मिळवलेले परिणाम इतर संशोधकांनी मिळवलेल्या PFE डेटा आणि प्रमाणन मानकांशी सुसंगत आहेत.
मास्कचे कार्यप्रदर्शन मोजण्यासाठी पीएफई हे महत्त्वाचे सूचक असले तरी, या टप्प्यावर आम्ही वाचकांना आठवण करून दिली पाहिजे की भविष्यातील मुखवटा सामग्रीच्या सर्वसमावेशक विश्लेषणामध्ये इतर घटकांचा विचार करणे आवश्यक आहे, म्हणजे, सामग्रीची पारगम्यता (म्हणजे, दबाव ड्रॉप किंवा विभेदक दाब चाचणीद्वारे. ).ASTM F2100 आणि F3502 मध्ये नियम आहेत.श्वासोच्छवासाच्या वेळी मास्कच्या काठाची गळती रोखण्यासाठी आणि परिधान करणार्‍याच्या आरामासाठी स्वीकार्य श्वासोच्छ्वास आवश्यक आहे.PFE आणि बर्‍याच सामान्य सामग्रीची वायु पारगम्यता सामान्यतः व्यस्त प्रमाणात असल्याने, मास्क सामग्रीच्या कार्यक्षमतेचे अधिक पूर्णपणे मूल्यांकन करण्यासाठी PFE मापनासह दबाव ड्रॉप मापन केले पाहिजे.
आम्ही शिफारस करतो की ASTM F2299 नुसार PFE उपकरणे तयार करण्यासाठी मार्गदर्शक तत्त्वे मानकांमध्ये सतत सुधारणा करण्यासाठी, संशोधन प्रयोगशाळांमध्ये तुलना करता येऊ शकणार्‍या संशोधन डेटाची निर्मिती आणि एरोसोल फिल्टरेशन वाढविण्यासाठी आवश्यक आहे.केवळ NIOSH (किंवा F3502) मानकांवर अवलंबून रहा, जे एकल उपकरण (TSI 8130A) निर्दिष्ट करते आणि संशोधकांना टर्नकी उपकरणे (उदाहरणार्थ, TSI सिस्टम) खरेदी करण्यापासून प्रतिबंधित करते.सध्याच्या मानक प्रमाणीकरणासाठी TSI 8130A सारख्या प्रमाणित प्रणालींवर अवलंबून राहणे महत्त्वाचे आहे, परंतु ते मास्क, रेस्पिरेटर्स आणि इतर एरोसोल फिल्टरेशन तंत्रज्ञानाच्या विकासास मर्यादित करते जे संशोधनाच्या प्रगतीच्या विरूद्ध चालतात.हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की जेव्हा या उपकरणाची आवश्यकता असते तेव्हा अपेक्षित कठोर परिस्थितीत श्वसन यंत्रांच्या चाचणीसाठी NIOSH मानक एक पद्धत म्हणून विकसित केले गेले होते, परंतु याउलट, सर्जिकल मास्कची चाचणी ASTM F2100/F2299 पद्धतींनी केली जाते.कम्युनिटी मास्कचा आकार आणि शैली सर्जिकल मास्क सारखी असते, याचा अर्थ असा नाही की त्यांच्याकडे N95 सारखी उत्कृष्ट गाळण्याची क्षमता आहे.सर्जिकल मास्कचे अजूनही ASTM F2100/F2299 नुसार मूल्यमापन केले जात असल्यास, ASTM F2100/F2299 च्या जवळ असलेल्या पद्धतीचा वापर करून सामान्य कापडांचे विश्लेषण केले पाहिजे.याव्यतिरिक्त, ASTM F2299 वेगवेगळ्या पॅरामीटर्समध्ये अतिरिक्त लवचिकतेसाठी (जसे की फिल्टरेशन कार्यक्षमता अभ्यासामध्ये हवा प्रवाह दर आणि पृष्ठभागाचा वेग) परवानगी देते, ज्यामुळे ते संशोधन वातावरणात अंदाजे उत्कृष्ट मानक बनू शकते.