नेविगेशन मास्क सामग्री के लिए प्रदर्शन मानक: कण निस्पंदन दक्षता को मापने के लिए एक अनुकूलित उपकरण-लारू-वैश्विक चुनौतियां

सेंटर ऑफ एक्सीलेंस फॉर प्रोटेक्टिव इक्विपमेंट एंड मैटेरियल्स (सीईपीईएम), 1280 मेन सेंट डब्ल्यू, हैमिल्टन, ओएन, कनाडा
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सार्वजनिक स्वास्थ्य एजेंसियां ​​​​सिफारिश करती हैं कि समुदाय COVID-19 जैसे हवाई रोगों के प्रसार को कम करने के लिए मास्क का उपयोग करें।जब मास्क उच्च दक्षता वाले फिल्टर के रूप में कार्य करता है, तो वायरस का प्रसार कम हो जाएगा, इसलिए मास्क के कण निस्पंदन दक्षता (पीएफई) का मूल्यांकन करना महत्वपूर्ण है।हालांकि, टर्नकी पीएफई सिस्टम खरीदने या किसी मान्यता प्राप्त प्रयोगशाला को काम पर रखने से जुड़ी उच्च लागत और लंबी लीड टाइम फिल्टर सामग्री के परीक्षण में बाधा डालती है।स्पष्ट रूप से एक "अनुकूलित" पीएफई परीक्षण प्रणाली की आवश्यकता है;हालांकि, विभिन्न मानक जो (मेडिकल) मास्क (उदाहरण के लिए, एएसटीएम इंटरनेशनल, एनआईओएसएच) के पीएफई परीक्षण को निर्धारित करते हैं, उनके प्रोटोकॉल और दिशानिर्देशों की स्पष्टता में काफी भिन्नता है।यहां, एक "आंतरिक" पीएफई प्रणाली के विकास और मौजूदा मेडिकल मास्क मानकों के संदर्भ में मास्क के परीक्षण की विधि का वर्णन किया गया है।एएसटीएम अंतरराष्ट्रीय मानकों के अनुसार, सिस्टम लेटेक्स क्षेत्रों (0.1 माइक्रोन नाममात्र आकार) एरोसोल का उपयोग करता है और मास्क सामग्री के अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम कण एकाग्रता को मापने के लिए लेजर कण विश्लेषक का उपयोग करता है।विभिन्न सामान्य कपड़ों और मेडिकल मास्क पर पीएफई मापन करें।इस काम में वर्णित विधि पीएफई परीक्षण के मौजूदा मानकों को पूरा करती है, जबकि बदलती जरूरतों और फ़िल्टरिंग स्थितियों के अनुकूल होने के लिए लचीलापन प्रदान करती है।
सार्वजनिक स्वास्थ्य एजेंसियों की सलाह है कि आम जनता COVID-19 और अन्य बूंदों और एरोसोल से होने वाली बीमारियों के प्रसार को सीमित करने के लिए मास्क पहनें।[1] मास्क पहनने की आवश्यकता संचरण को कम करने में प्रभावी है, और [2] इंगित करता है कि अप्रयुक्त सामुदायिक मास्क उपयोगी फ़िल्टरिंग प्रदान करते हैं।वास्तव में, मॉडलिंग अध्ययनों से पता चला है कि COVID-19 संचरण में कमी मुखौटा प्रभावशीलता और गोद लेने की दर के संयुक्त उत्पाद के लगभग आनुपातिक है, और इन और अन्य जनसंख्या-आधारित उपायों का अस्पताल में भर्ती होने और मौतों को कम करने में एक सहक्रियात्मक प्रभाव पड़ता है।[3]
हेल्थकेयर और अन्य फ्रंटलाइन वर्कर्स के लिए आवश्यक प्रमाणित मेडिकल मास्क और रेस्पिरेटर्स की संख्या में नाटकीय रूप से वृद्धि हुई है, जिससे मौजूदा मैन्युफैक्चरिंग और सप्लाई चेन के लिए चुनौतियां खड़ी हो गई हैं, और नए निर्माताओं को नई सामग्री का जल्दी से परीक्षण और प्रमाणित करना पड़ रहा है।ASTM इंटरनेशनल और नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ ऑक्यूपेशनल सेफ्टी एंड हेल्थ (NIOSH) जैसे संगठनों ने मेडिकल मास्क के परीक्षण के लिए मानकीकृत तरीके विकसित किए हैं;हालाँकि, इन विधियों का विवरण व्यापक रूप से भिन्न है, और प्रत्येक संगठन ने अपने स्वयं के प्रदर्शन मानकों को स्थापित किया है।
पार्टिकुलेट फिल्ट्रेशन एफिशिएंसी (पीएफई) मास्क की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता है क्योंकि यह एरोसोल जैसे छोटे कणों को फिल्टर करने की इसकी क्षमता से संबंधित है।एएसटीएम इंटरनेशनल या एनआईओएसएच जैसी नियामक एजेंसियों द्वारा प्रमाणित होने के लिए मेडिकल मास्क को विशिष्ट पीएफई लक्ष्यों [4-6] को पूरा करना चाहिए।सर्जिकल मास्क ASTM द्वारा प्रमाणित होते हैं, और N95 श्वासयंत्र NIOSH द्वारा प्रमाणित होते हैं, लेकिन दोनों मास्क को विशिष्ट PFE कट-ऑफ मान पास करना चाहिए।उदाहरण के लिए, N95 मास्क को 0.075 माइक्रोन के औसत व्यास के साथ नमक कणों से बने एरोसोल के लिए 95% निस्पंदन प्राप्त करना चाहिए, जबकि ASTM 2100 L3 सर्जिकल मास्क को लेटेक्स गेंदों से बने एरोसोल के लिए 0.1 माइक्रोन के औसत व्यास के साथ 98% निस्पंदन प्राप्त करना चाहिए। .
पहले दो विकल्प महंगे हैं (>$1,000 प्रति परीक्षण नमूना, अनुमानित उपकरणों के लिए>$150,000), और COVID-19 महामारी के दौरान, लंबे समय तक वितरण और आपूर्ति के मुद्दों के कारण देरी होती है।पीएफई परीक्षण और सीमित पहुंच अधिकारों की उच्च लागत-मानकीकृत प्रदर्शन मूल्यांकन पर सुसंगत मार्गदर्शन की कमी के साथ-साथ शोधकर्ताओं ने विभिन्न प्रकार के अनुकूलित परीक्षण प्रणालियों का उपयोग करने के लिए प्रेरित किया है, जो अक्सर प्रमाणित चिकित्सा मास्क के लिए एक या अधिक मानकों पर आधारित होते हैं।
मौजूदा साहित्य में पाया जाने वाला विशेष मुखौटा सामग्री परीक्षण उपकरण आमतौर पर उपर्युक्त NIOSH या ASTM F2100/F2299 मानकों के समान है।हालांकि, शोधकर्ताओं के पास अपनी पसंद के अनुसार डिजाइन या ऑपरेटिंग मापदंडों को चुनने या बदलने का अवसर है।उदाहरण के लिए, नमूना सतह वेग, वायु/एयरोसोल प्रवाह दर, नमूना आकार (क्षेत्र) और एयरोसोल कण संरचना में परिवर्तन का उपयोग किया गया है।हाल के कई अध्ययनों ने मुखौटा सामग्री का मूल्यांकन करने के लिए अनुकूलित उपकरणों का उपयोग किया है।ये उपकरण सोडियम क्लोराइड एरोसोल का उपयोग करते हैं और NIOSH मानकों के करीब हैं।उदाहरण के लिए, रोगक एट अल।(2020), ज़ंगमेस्टर एट अल।(2020), ड्रनिक एट अल।(2020) और जू एट अल।(2021) सभी निर्मित उपकरण सोडियम क्लोराइड एरोसोल (विभिन्न आकार) का उत्पादन करेंगे, जो विद्युत आवेश द्वारा निष्प्रभावी होता है, फ़िल्टर की गई हवा से पतला होता है और सामग्री के नमूने में भेजा जाता है, जहां ऑप्टिकल कण आकार, विभिन्न संयुक्त कण एकाग्रता माप के संघनित कण [9, 14-16] कोंडा एट अल।(2020) और हाओ एट अल।(2020) एक समान उपकरण बनाया गया था, लेकिन चार्ज न्यूट्रलाइज़र शामिल नहीं था।[8, 17] इन अध्ययनों में, नमूने में हवा का वेग 1 और 90 एल मिनट-1 (कभी-कभी प्रवाह/वेग प्रभावों का पता लगाने के लिए) के बीच भिन्न होता है;हालाँकि, सतह का वेग 5.3 और 25 सेमी s-1 के बीच था।नमूना आकार ≈3.4 और 59 सेमी2 के बीच भिन्न प्रतीत होता है।
इसके विपरीत, लेटेक्स एरोसोल का उपयोग करने वाले उपकरणों के माध्यम से मास्क सामग्री के मूल्यांकन पर कुछ अध्ययन हैं, जो एएसटीएम एफ2100/एफ2299 मानक के करीब है।उदाहरण के लिए, बघेरी एट अल।(2021), शाक्य एट अल।(2016) और लू एट अल।(2020) पॉलीस्टायर्न लेटेक्स एरोसोल का उत्पादन करने के लिए एक उपकरण का निर्माण किया, जिसे पतला किया गया और सामग्री के नमूनों में भेजा गया, जहां विभिन्न कण विश्लेषक या स्कैनिंग गतिशीलता कण आकार विश्लेषक का उपयोग कण एकाग्रता को मापने के लिए किया गया था।[18-20] और लू एट अल।उनके एरोसोल जनरेटर के डाउनस्ट्रीम में एक चार्ज न्यूट्रलाइज़र का उपयोग किया गया था, और अन्य दो अध्ययनों के लेखकों ने नहीं किया।नमूने में हवा के प्रवाह की दर में भी थोड़ा बदलाव आया - लेकिन F2299 मानक की सीमा के भीतर - 7.3 से 19 L मिनट-1 तक।बघेरी एट अल द्वारा अध्ययन की गई वायु सतह वेग ।क्रमशः 2 और 10 सेमी s-1 (मानक सीमा के भीतर) है।और लू एट अल।, और शाक्य एट अल।[18-20] इसके अलावा, लेखक और शाक्य एट अल।विभिन्न आकारों के लेटेक्स क्षेत्रों का परीक्षण किया (यानी, कुल मिलाकर, 20 एनएम से 2500 एनएम)।और लू एट अल।कम से कम अपने कुछ परीक्षणों में, वे निर्दिष्ट 100 एनएम (0.1 µm) कण आकार का उपयोग करते हैं।
इस काम में, हम एक पीएफई डिवाइस बनाने में आने वाली चुनौतियों का वर्णन करते हैं जो जितना संभव हो सके मौजूदा एएसटीएम एफ2100/एफ2299 मानकों के अनुरूप हैं।मुख्य लोकप्रिय मानकों (यानी NIOSH और ASTM F2100/F2299) में, ASTM मानक गैर-चिकित्सा मास्क में PFE को प्रभावित करने वाले फ़िल्टरिंग प्रदर्शन का अध्ययन करने के लिए मापदंडों (जैसे वायु प्रवाह दर) में अधिक लचीलापन प्रदान करता है।हालांकि, जैसा कि हमने दिखाया, यह लचीलापन ऐसे उपकरणों को डिजाइन करने में जटिलता का एक अतिरिक्त स्तर प्रदान करता है।
रसायनों को सिग्मा-एल्ड्रिच से खरीदा गया था और जैसा है वैसा ही उपयोग किया जाता है।स्टाइरीन मोनोमर (≥99%) को एल्यूमिना इनहिबिटर रिमूवर युक्त ग्लास कॉलम के माध्यम से शुद्ध किया जाता है, जिसे टर्ट-ब्यूटाइलकैटेचोल को हटाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।विआयनीकृत पानी (≈0.037 μS सेमी-1) सार्टोरियस एरियम जल शोधन प्रणाली से आता है।
147 ग्राम -2 के मामूली वजन के साथ 100% सूती सादा बुनाई (मलमल सीटी) वेराटेक्स लाइनिंग लिमिटेड, क्यूसी से आता है, और बांस / स्पैन्डेक्स मिश्रण डी। ज़िनमैन टेक्सटाइल्स, क्यूसी से आता है।अन्य उम्मीदवार मुखौटा सामग्री स्थानीय कपड़े खुदरा विक्रेताओं (फैब्रिकलैंड) से आती है।इन सामग्रियों में दो अलग-अलग 100% सूती बुने हुए कपड़े (विभिन्न प्रिंटों के साथ), एक कपास / स्पैन्डेक्स बुना हुआ कपड़ा, दो कपास / पॉलिएस्टर बुना हुआ कपड़ा (एक "सार्वभौमिक" और एक "स्वेटर कपड़े") और एक गैर-बुना कपास / पॉलीप्रोपाइलीन मिश्रित शामिल हैं। कपास बल्लेबाजी सामग्री।तालिका 1 ज्ञात कपड़े गुणों का सारांश दिखाती है।नए उपकरणों को बेंचमार्क करने के लिए, स्थानीय अस्पतालों से प्रमाणित मेडिकल मास्क प्राप्त किए गए, जिनमें ASTM 2100 लेवल 2 (L2) और लेवल 3 (L3; हैलार्ड) प्रमाणित मेडिकल मास्क और N95 रेस्पिरेटर (3M) शामिल हैं।
परीक्षण के लिए प्रत्येक सामग्री से लगभग 85 मिमी व्यास का एक गोलाकार नमूना काटा गया था;सामग्री में कोई और संशोधन नहीं किया गया (उदाहरण के लिए, धुलाई)।परीक्षण के लिए पीएफई डिवाइस के सैंपल होल्डर में फैब्रिक लूप को क्लैंप करें।वायु प्रवाह के संपर्क में नमूने का वास्तविक व्यास 73 मिमी है, और शेष सामग्री का उपयोग नमूने को कसकर ठीक करने के लिए किया जाता है।इकट्ठे मास्क के लिए, चेहरे को छूने वाला पक्ष आपूर्ति की गई सामग्री के एरोसोल से दूर होता है।
पायस पोलीमराइजेशन द्वारा मोनोडिस्पर्स एनीओनिक पॉलीस्टाइनिन लेटेक्स क्षेत्रों का संश्लेषण।पिछले अध्ययन में वर्णित प्रक्रिया के अनुसार, मोनोमर भुखमरी के अर्ध-बैच मोड में प्रतिक्रिया की गई थी।[21, 22] एक 250 मिलीलीटर तीन-गर्दन वाले गोल तल वाले फ्लास्क में विआयनीकृत पानी (160 एमएल) डालें और इसे एक सरगर्मी तेल स्नान में रखें।फ्लास्क को तब नाइट्रोजन से शुद्ध किया गया था और इनहिबिटर-मुक्त स्टाइरीन मोनोमर (2.1 एमएल) को शुद्ध, उभारे गए फ्लास्क में जोड़ा गया था।70 डिग्री सेल्सियस पर 10 मिनट के बाद, सोडियम लॉरिल सल्फेट (0.235 ग्राम) को विआयनीकृत पानी (8 एमएल) में घोलें।एक और 5 मिनट के बाद, विआयनीकृत पानी (2 एमएल) में भंग पोटेशियम पर्सल्फेट (0.5 ग्राम) जोड़ा गया।अगले 5 घंटों में, 66 µ l min-1 की दर से फ्लास्क में अतिरिक्त अवरोधक-मुक्त स्टाइरीन (20 मिलीलीटर) को धीरे-धीरे इंजेक्ट करने के लिए एक सिरिंज पंप का उपयोग करें ।स्टाइरीन जलसेक पूरा होने के बाद, प्रतिक्रिया एक और 17 घंटे के लिए आगे बढ़ी।फिर पोलीमराइजेशन को समाप्त करने के लिए फ्लास्क को खोला और ठंडा किया गया।संश्लेषित पॉलीस्टाइरीन लेटेक्स इमल्शन को स्नेकस्किन डायलिसिस ट्यूब (3500 दा आणविक भार कट-ऑफ) में विआयनीकृत पानी के खिलाफ पांच दिनों के लिए डायल किया गया था, और हर दिन विआयनीकृत पानी को बदल दिया गया था।डायलिसिस ट्यूब से इमल्शन निकालें और उपयोग होने तक इसे 4 डिग्री सेल्सियस पर रेफ्रिजरेटर में स्टोर करें।
ब्रुकहेवन 90 प्लस विश्लेषक के साथ डायनेमिक लाइट स्कैटरिंग (डीएलएस) किया गया था, लेजर तरंग दैर्ध्य 659 एनएम था, और डिटेक्टर कोण 90 डिग्री था।डेटा का विश्लेषण करने के लिए अंतर्निर्मित कण समाधान सॉफ़्टवेयर (v2.6; Brookhaven Instruments Corporation) का उपयोग करें।लेटेक्स निलंबन को विआयनीकृत पानी से तब तक पतला किया जाता है जब तक कि कण की संख्या लगभग 500 हजार काउंट प्रति सेकंड (kcps) न हो जाए।कण का आकार 125 ± 3 एनएम निर्धारित किया गया था, और रिपोर्ट की गई बहुआयामीता 0.289 ± 0.006 थी।
एक ZetaPlus zeta संभावित विश्लेषक (Brookhaven Instruments Corp.) का उपयोग चरण विश्लेषण प्रकाश प्रकीर्णन मोड में zeta क्षमता के मापा मूल्य को प्राप्त करने के लिए किया गया था।नमूना लेटेक्स के एक विभाज्य को 5 × 10-3m NaCl समाधान में जोड़कर और लगभग 500 kcps के कण गणना को प्राप्त करने के लिए लेटेक्स निलंबन को फिर से पतला करके तैयार किया गया था।पांच दोहराए गए माप (प्रत्येक में 30 रन शामिल हैं) का प्रदर्शन किया गया, जिसके परिणामस्वरूप -55.1 ± 2.8 एमवी का जेटा संभावित मूल्य हुआ, जहां त्रुटि पांच पुनरावृत्तियों के औसत मूल्य के मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करती है।इन मापों से संकेत मिलता है कि कण नकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं और एक स्थिर निलंबन बनाते हैं।DLS और zeta संभावित डेटा को सहायक सूचना तालिका S2 और S3 में पाया जा सकता है।
हमने ASTM अंतर्राष्ट्रीय मानकों के अनुसार उपकरण का निर्माण किया, जैसा कि नीचे वर्णित है और चित्र 1 में दिखाया गया है। सिंगल-जेट ब्लोस्टीन एटमाइजेशन मॉड्यूल (BLAM; CHTech) एरोसोल जनरेटर का उपयोग लेटेक्स गेंदों वाले एरोसोल का उत्पादन करने के लिए किया जाता है।फ़िल्टर की गई वायु धारा (जीई हेल्थकेयर व्हाटमैन 0.3 माइक्रोन HEPA-CAP और श्रृंखला में 0.2 माइक्रोन पॉलीकैप TF फिल्टर के माध्यम से प्राप्त) 20 साई (6.9 kPa) के दबाव में एरोसोल जनरेटर में प्रवेश करती है और 5 mg L-1 के एक हिस्से को परमाणु बनाती है। निलंबन तरल को एक सिरिंज पंप (केडी साइंटिफिक मॉडल 100) के माध्यम से उपकरण के लेटेक्स बॉल में इंजेक्ट किया जाता है।एयरोसोलिज्ड गीले कणों को एयरोसोल जनरेटर को ट्यूबलर हीट एक्सचेंजर के माध्यम से छोड़कर हवा की धारा को पार करके सुखाया जाता है।हीट एक्सचेंजर में 8 फुट लंबे हीटिंग कॉइल के साथ 5/8 ”स्टेनलेस स्टील ट्यूब घाव होता है।आउटपुट 216 W (ब्रिस्कहीट) है।इसके समायोज्य डायल के अनुसार, हीटर आउटपुट डिवाइस के अधिकतम मूल्य (≈86 डब्ल्यू) के 40% पर सेट है;यह 112 डिग्री सेल्सियस (मानक विचलन ≈1 डिग्री सेल्सियस) का औसत बाहरी दीवार तापमान पैदा करता है, जो सतह पर लगे थर्मोकपल (टेलर यूएसए) माप द्वारा निर्धारित किया जाता है।सहायक जानकारी में चित्र S4 हीटर के प्रदर्शन को सारांशित करता है।
28.3 एल मिनट-1 (अर्थात 1 क्यूबिक फुट प्रति मिनट) की कुल वायु प्रवाह दर प्राप्त करने के लिए सूखे परमाणु कणों को फिर बड़ी मात्रा में फ़िल्टर्ड हवा के साथ मिलाया जाता है।यह मान इसलिए चुना गया क्योंकि यह सिस्टम के डाउनस्ट्रीम में लेज़र कण विश्लेषक उपकरण के नमूने की सटीक प्रवाह दर है।लेटेक्स कणों को ले जाने वाली वायु धारा को दो समान ऊर्ध्वाधर कक्षों (यानी चिकनी दीवार वाली स्टेनलेस स्टील ट्यूब) में से एक में भेजा जाता है: मुखौटा सामग्री के बिना एक "नियंत्रण" कक्ष, या एक गोलाकार-कट "नमूना" कक्ष-उपयोग वियोज्य नमूना धारक कपड़े के बाहर डाला जाता है।दो कक्षों का भीतरी व्यास 73 मिमी है, जो नमूना धारक के भीतरी व्यास से मेल खाता है।नमूना धारक मुखौटा सामग्री को कसकर सील करने के लिए ग्रूव्ड रिंग और रिक्त बोल्ट का उपयोग करता है, और फिर अलग करने योग्य ब्रैकेट को नमूना कक्ष के अंतराल में डालें, और इसे रबर गैसकेट और क्लैंप (चित्रा S2, समर्थन जानकारी) के साथ डिवाइस में कसकर सील करें।
वायु प्रवाह के संपर्क में कपड़े के नमूने का व्यास 73 मिमी (क्षेत्रफल = 41.9 सेमी2) है;इसे परीक्षण के दौरान नमूना कक्ष में सील कर दिया जाता है।लेटेक्स कणों की संख्या और एकाग्रता को मापने के लिए "नियंत्रण" या "नमूना" कक्ष छोड़ने वाले वायु प्रवाह को लेजर कण विश्लेषक (कण माप प्रणाली LASAIR III 110) में स्थानांतरित किया जाता है।कण विश्लेषक कण एकाग्रता की निचली और ऊपरी सीमा को क्रमशः 2 × 10-4 और ≈34 कण प्रति घन फुट (7 और ≈950 000 कण प्रति घन फुट) निर्दिष्ट करता है।लेटेक्स कण एकाग्रता की माप के लिए, कण एकाग्रता को "बॉक्स" में निचली सीमा और 0.10–0.15 माइक्रोन की ऊपरी सीमा के साथ रिपोर्ट किया जाता है, जो एयरोसोल में सिंगलेट लेटेक्स कणों के अनुमानित आकार के अनुरूप होता है।हालांकि, अन्य बिन आकारों का उपयोग किया जा सकता है, और एक ही समय में कई डिब्बे का मूल्यांकन किया जा सकता है, अधिकतम कण आकार 5 माइक्रोन के साथ।
उपकरण में अन्य उपकरण भी शामिल हैं, जैसे कक्ष को फ्लश करने के लिए उपकरण और स्वच्छ फ़िल्टर्ड हवा के साथ कण विश्लेषक, साथ ही आवश्यक वाल्व और उपकरण (चित्र 1)।संपूर्ण पाइपिंग और इंस्ट्रूमेंटेशन आरेख सहायक जानकारी के चित्र S1 और तालिका S1 में दिखाए गए हैं।
प्रयोग के दौरान, लेटेक्स निलंबन को स्थिर कण उत्पादन को बनाए रखने के लिए 60 से 100 μL मिनट -1 की प्रवाह दर पर एरोसोल जनरेटर में इंजेक्ट किया गया था, लगभग 14-25 कण प्रति घन सेंटीमीटर (400 000-प्रति घन सेंटीमीटर) 700 000 कण)।फीट) एक बिन में 0.10–0.15 µm के आकार के साथ।एरोसोल जनरेटर के डाउनस्ट्रीम लेटेक्स कणों की एकाग्रता में देखे गए परिवर्तनों के कारण यह प्रवाह दर सीमा आवश्यक है, जिसे एरोसोल जनरेटर के तरल जाल द्वारा कब्जा किए गए लेटेक्स निलंबन की मात्रा में परिवर्तन के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।
किसी दिए गए कपड़े के नमूने के पीएफई को मापने के लिए, लेटेक्स कण एरोसोल को पहले नियंत्रण कक्ष के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है और फिर कण विश्लेषक को निर्देशित किया जाता है।तेजी से उत्तराधिकार में तीन कणों की एकाग्रता को लगातार मापें, प्रत्येक एक मिनट तक चले।कण विश्लेषक विश्लेषण के दौरान कणों की औसत सांद्रता की रिपोर्ट करता है, यानी नमूने के एक मिनट (28.3 एल) में कणों की औसत एकाग्रता।स्थिर कण गणना और गैस प्रवाह दर स्थापित करने के लिए इन आधारभूत मापों को लेने के बाद, एरोसोल को नमूना कक्ष में स्थानांतरित कर दिया जाता है।एक बार जब सिस्टम संतुलन (आमतौर पर 60-90 सेकंड) तक पहुंच जाता है, तो एक और तीन लगातार एक मिनट के माप तेजी से उत्तराधिकार में लिए जाते हैं।ये नमूना माप कपड़े के नमूने से गुजरने वाले कणों की एकाग्रता का प्रतिनिधित्व करते हैं।इसके बाद, एयरोसोल प्रवाह को वापस नियंत्रण कक्ष में विभाजित करके, नियंत्रण कक्ष से एक और तीन कण एकाग्रता माप लिया गया ताकि यह सत्यापित किया जा सके कि पूरे नमूना मूल्यांकन प्रक्रिया के दौरान अपस्ट्रीम कण एकाग्रता में पर्याप्त परिवर्तन नहीं हुआ है।चूंकि दो कक्षों का डिज़ाइन समान है - सिवाय इसके कि नमूना कक्ष नमूना धारक को समायोजित कर सकता है - कक्ष में प्रवाह की स्थिति को समान माना जा सकता है, इसलिए नियंत्रण कक्ष और नमूना कक्ष को छोड़कर गैस में कणों की एकाग्रता तुलना की जा सकती है।
कण विश्लेषक उपकरण के जीवन को बनाए रखने के लिए और प्रत्येक परीक्षण के बीच सिस्टम में एयरोसोल कणों को हटाने के लिए, प्रत्येक माप के बाद कण विश्लेषक को साफ करने के लिए एक HEPA फ़िल्टर्ड एयर जेट का उपयोग करें, और नमूने बदलने से पहले नमूना कक्ष को साफ करें।कृपया PFE डिवाइस पर एयर फ्लशिंग सिस्टम के योजनाबद्ध आरेख के लिए समर्थन जानकारी में चित्र S1 देखें।
यह गणना एकल सामग्री नमूने के लिए एकल "दोहराए गए" पीएफई माप का प्रतिनिधित्व करती है और एएसटीएम एफ 2299 (समीकरण (2)) में पीएफई गणना के बराबर है।
2.1 में उल्लिखित सामग्रियों को मास्क सामग्री के रूप में उनकी उपयुक्तता निर्धारित करने के लिए 2.3 में वर्णित पीएफई उपकरण का उपयोग करके लेटेक्स एरोसोल के साथ चुनौती दी गई थी।चित्रा 2 कण एकाग्रता विश्लेषक से प्राप्त रीडिंग दिखाता है, और स्वेटर कपड़े और बल्लेबाजी सामग्री के पीएफई मूल्यों को एक ही समय में मापा जाता है।कुल दो सामग्रियों और छह पुनरावृत्तियों के लिए तीन नमूना विश्लेषण किए गए।जाहिर है, तीन रीडिंग (हल्के रंग से छायांकित) के सेट में पहला रीडिंग आमतौर पर अन्य दो रीडिंग से अलग होता है।उदाहरण के लिए, पहली रीडिंग चित्रा 2 में 12-15 ट्रिपल में अन्य दो रीडिंग के औसत से 5% से अधिक भिन्न होती है।यह अवलोकन कण विश्लेषक के माध्यम से बहने वाली एयरोसोल युक्त हवा के संतुलन से संबंधित है।जैसा कि सामग्री और विधियों में चर्चा की गई है, संतुलन रीडिंग (द्वितीय और तीसरा नियंत्रण और नमूना रीडिंग) का उपयोग क्रमशः चित्र 2 में गहरे नीले और लाल रंगों में पीएफई की गणना के लिए किया गया था।कुल मिलाकर, तीन प्रतिकृति का औसत पीएफई मूल्य स्वेटर कपड़े के लिए 78% ± 2% और कपास बल्लेबाजी सामग्री के लिए 74% ± 2% है।
सिस्टम के प्रदर्शन को बेंचमार्क करने के लिए, ASTM 2100 प्रमाणित मेडिकल मास्क (L2, L3) और NIOSH रेस्पिरेटर्स (N95) का भी मूल्यांकन किया गया।एएसटीएम एफ2100 मानक स्तर 2 और स्तर 3 मास्क के 0.1 माइक्रोन कणों की उप-माइक्रोन कण निस्पंदन दक्षता को क्रमशः 95% और ≥ 98% निर्धारित करता है।[5] इसी तरह, एनआईओएसएच-प्रमाणित एन95 श्वासयंत्रों को 0.075 माइक्रोन के औसत व्यास के साथ परमाणु NaCl नैनोकणों के लिए ≥95% की एक निस्पंदन दक्षता दिखानी चाहिए।[24] रेंगासामी एट अल।रिपोर्टों के अनुसार, इसी तरह के N95 मास्क 99.84% -99.98% का PFE मान दिखाते हैं, [25] ज़ंगमीस्टर एट अल।रिपोर्टों के अनुसार, उनकी N95 न्यूनतम निस्पंदन क्षमता 99.9% से अधिक पैदा करती है, [14] जबकि जू एट अल।रिपोर्टों के अनुसार, 3M N95 मास्क ने 99% PFE (300 एनएम कण), [16] और हाओ एट अल का उत्पादन किया।रिपोर्ट किया गया N95 PFE (300 एनएम कण) 94.4% है।[17] शाक्य एट अल द्वारा चुनौती दिए गए दो एन95 मास्क के लिए।0.1 µm लेटेक्स गेंदों के साथ, PFE लगभग 80% और 100% के बीच गिरा।[19] जब लू एट अल।N95 मास्क का मूल्यांकन करने के लिए समान आकार की लेटेक्स गेंदों का उपयोग करते हुए, औसत PFE 93.8% बताया गया है।[20] इस काम में वर्णित उपकरणों का उपयोग करके प्राप्त परिणाम बताते हैं कि एन95 मास्क का पीएफई 99.2 ± 0.1% है, जो कि पिछले अध्ययनों के साथ अच्छा समझौता है।
कई अध्ययनों में सर्जिकल मास्क का परीक्षण भी किया गया है।हाओ एट अल के सर्जिकल मास्क ।73.4% का पीएफई (300 एनएम कण) दिखाया, [17] जबकि ड्र्यूनिक एट अल द्वारा परीक्षण किए गए तीन सर्जिकल मास्क।पीएफई का उत्पादन लगभग 60% से लगभग 100% तक होता है।[15] (बाद वाला मुखौटा एक प्रमाणित मॉडल हो सकता है।) हालांकि, ज़ंगमीस्टर एट अल।रिपोर्टों के अनुसार, परीक्षण किए गए दो सर्जिकल मास्क की न्यूनतम निस्पंदन क्षमता केवल 30% से थोड़ी अधिक है, [14] इस अध्ययन में परीक्षण किए गए सर्जिकल मास्क की तुलना में बहुत कम है।इसी तरह, जू एट अल द्वारा "ब्लू सर्जिकल मास्क" का परीक्षण किया गया।साबित करें कि पीएफई (300 एनएम कण) केवल 22% है ।[16] शाक्य एट अल।ने बताया कि सर्जिकल मास्क (0.1 माइक्रोन लेटेक्स कणों का उपयोग करके) के पीएफई में लगभग 60-80% की कमी आई है।[19] एक ही आकार की लेटेक्स गेंदों का उपयोग करते हुए, लू एट अल के सर्जिकल मास्क ने 80.2% का औसत पीएफई परिणाम दिया।[20] इसकी तुलना में, हमारे एल2 मास्क का पीएफई 94.2 ± 0.6% है, और एल3 मास्क का पीएफई 94.9 ± 0.3% है।हालांकि ये पीएफई साहित्य में कई पीएफई को पार करते हैं, हमें ध्यान देना चाहिए कि पिछले शोध में लगभग कोई प्रमाणन स्तर नहीं है, और हमारे सर्जिकल मास्क ने स्तर 2 और स्तर 3 प्रमाणीकरण प्राप्त किया है।
जिस तरह से चित्र 2 में उम्मीदवार मुखौटा सामग्री का विश्लेषण किया गया था, उसी तरह मास्क में उनकी उपयुक्तता निर्धारित करने और पीएफई डिवाइस के संचालन को प्रदर्शित करने के लिए अन्य छह सामग्रियों पर तीन परीक्षण किए गए थे।चित्रा 3 सभी परीक्षण सामग्री के पीएफई मूल्यों को प्लॉट करता है और प्रमाणित एल 3 और एन 95 मास्क सामग्री का मूल्यांकन करके प्राप्त पीएफई मूल्यों के साथ उनकी तुलना करता है।इस काम के लिए चुने गए 11 मास्क/उम्मीदवार मास्क सामग्री से, पीएफई प्रदर्शन की एक विस्तृत श्रृंखला स्पष्ट रूप से देखी जा सकती है, 10% से लेकर 100% के करीब, अन्य अध्ययनों के अनुरूप, [8, 9, 15] और उद्योग विवरणक पीएफई और पीएफई के बीच कोई स्पष्ट संबंध नहीं है।उदाहरण के लिए, समान संरचना वाली सामग्री (दो 100% कपास के नमूने और कपास की मलमल) बहुत अलग पीएफई मान (क्रमशः 14%, 54%, और 13%) प्रदर्शित करते हैं।लेकिन यह आवश्यक है कि कम प्रदर्शन (उदाहरण के लिए, 100% कपास ए; पीएफई ≈ 14%), मध्यम प्रदर्शन (उदाहरण के लिए, 70%/30% कपास/पॉलिएस्टर मिश्रण; पीएफई ≈ 49%) और उच्च प्रदर्शन (उदाहरण के लिए, स्वेटर फैब्रिक; पीएफई 78%) इस काम में वर्णित पीएफई उपकरण का उपयोग करके कपड़े को स्पष्ट रूप से पहचाना जा सकता है।विशेष रूप से स्वेटर के कपड़े और सूती बल्लेबाजी सामग्री ने बहुत अच्छा प्रदर्शन किया, जिसमें पीएफई 70% से 80% तक था।ऐसी उच्च-प्रदर्शन सामग्री की पहचान की जा सकती है और उनके उच्च निस्पंदन प्रदर्शन में योगदान करने वाली विशेषताओं को समझने के लिए अधिक विस्तार से विश्लेषण किया जा सकता है।हालांकि, हम यह याद दिलाना चाहते हैं कि क्योंकि समान उद्योग विवरण (यानी कपास सामग्री) के साथ सामग्री के पीएफई परिणाम बहुत अलग हैं, ये डेटा यह संकेत नहीं देते हैं कि कौन सी सामग्री कपड़ा मास्क के लिए व्यापक रूप से उपयोगी है, और हम गुणों का अनुमान लगाने का इरादा नहीं रखते हैं- सामग्री श्रेणियां।प्रदर्शन संबंध।हम अंशांकन प्रदर्शित करने के लिए विशिष्ट उदाहरण प्रदान करते हैं, यह दिखाते हैं कि माप संभावित निस्पंदन दक्षता की पूरी श्रृंखला को कवर करता है, और माप त्रुटि का आकार देता है।
हमने ये पीएफई परिणाम यह साबित करने के लिए प्राप्त किए कि हमारे उपकरण में माप क्षमताओं की एक विस्तृत श्रृंखला है, कम त्रुटि है, और साहित्य में प्राप्त आंकड़ों की तुलना में है।उदाहरण के लिए, ज़ंगमेस्टर एट अल।कई बुने हुए सूती कपड़ों (जैसे "कपास 1-11") (89 से 812 धागे प्रति इंच) के पीएफई परिणाम बताए गए हैं।11 में से 9 सामग्रियों में, "न्यूनतम निस्पंदन दक्षता" 0% से 25% तक होती है;अन्य दो सामग्रियों का पीएफई लगभग 32% है।[14] इसी तरह, कोंडा एट अल।दो सूती कपड़ों (80 और 600 टीपीआई; 153 और 152 ग्राम-2) के पीएफई डेटा की सूचना दी गई है।पीएफई क्रमश: 7% से 36% और 65% से 85% के बीच है।ड्र्यूनिक एट अल के अध्ययन में, सिंगल-लेयर कॉटन फैब्रिक (यानी कॉटन, कॉटन निट, मोलेटन; 139-265 टीपीआई; 80-140 ग्राम-2) में, सामग्री पीएफई की सीमा लगभग 10% से 30% है।जू एट अल के अध्ययन में, उनकी 100% कपास सामग्री में 8% (300 एनएम कण) का पीएफई है।बघेरी एट अल।0.3 से 0.5 µm के polystyrene लेटेक्स कणों का इस्तेमाल किया।छह कपास सामग्री (120-200 टीपीआई; 136-237 ग्राम-2) का पीएफई 0% से 20% के बीच मापा गया।[18] इसलिए, इनमें से अधिकतर सामग्रियां हमारे तीन सूती कपड़ों (यानी वेराटेक्स मस्लिन सीटी, फैब्रिक स्टोर कॉटन ए और बी) के पीएफई परिणामों के साथ अच्छी तरह से मेल खाती हैं, और उनकी औसत निस्पंदन क्षमता क्रमशः 13%, 14% और है।54%।इन परिणामों से संकेत मिलता है कि कपास सामग्री के बीच बड़े अंतर हैं और भौतिक गुण जो उच्च पीएफई (यानी कोंडा एट अल। के 600 टीपीआई कपास; हमारे कपास बी) की ओर ले जाते हैं, उन्हें कम समझा जाता है।
इन तुलनाओं को करते समय, हम स्वीकार करते हैं कि साहित्य में परीक्षण की गई सामग्री को खोजना मुश्किल है, जिसमें इस अध्ययन में परीक्षण की गई सामग्री के साथ समान विशेषताएं (यानी, सामग्री संरचना, बुनाई और बुनाई, टीपीआई, वजन, आदि) हैं, और इसलिए सीधे तुलना नहीं की जा सकती।इसके अलावा, लेखकों द्वारा उपयोग किए जाने वाले उपकरणों में अंतर और मानकीकरण की कमी के कारण अच्छी तुलना करना मुश्किल हो जाता है।फिर भी, यह स्पष्ट है कि साधारण कपड़ों के प्रदर्शन/प्रदर्शन संबंध को अच्छी तरह से समझा नहीं गया है।इन संबंधों को निर्धारित करने के लिए सामग्री को मानकीकृत, लचीले और विश्वसनीय उपकरण (जैसे इस काम में वर्णित उपकरण) के साथ आगे परीक्षण किया जाएगा।
यद्यपि एकल प्रतिकृति (0-4%) और तीन प्रतियों में विश्लेषण किए गए नमूनों के बीच कुल सांख्यिकीय त्रुटि (0-5%) है, इस कार्य में प्रस्तावित उपकरण विभिन्न सामग्रियों के पीएफई के परीक्षण के लिए एक प्रभावी उपकरण साबित हुए।प्रमाणित मेडिकल मास्क के लिए साधारण कपड़े।यह ध्यान देने योग्य है कि चित्रा 3 के लिए परीक्षण की गई 11 सामग्रियों में से, प्रसार त्रुटि प्रोप एकल नमूने के पीएफई माप के बीच मानक विचलन से अधिक है, अर्थात 11 में से 9 सामग्री का sd;ये दो अपवाद बहुत अधिक PFE मान (यानी L2 और L3 मास्क) में होते हैं।हालांकि रेंगासामी एट अल द्वारा प्रस्तुत परिणाम ।यह दिखाते हुए कि दोहराए गए नमूनों के बीच का अंतर छोटा है (यानी, पांच दोहराव <0.29%), [25] उन्होंने विशेष रूप से मास्क निर्माण के लिए डिज़ाइन किए गए उच्च ज्ञात फ़िल्टरिंग गुणों वाली सामग्रियों का अध्ययन किया: सामग्री स्वयं अधिक समान हो सकती है, और परीक्षण भी यह है पीएफई रेंज का क्षेत्र अधिक सुसंगत हो सकता है।कुल मिलाकर, हमारे उपकरणों का उपयोग करके प्राप्त परिणाम अन्य शोधकर्ताओं द्वारा प्राप्त पीएफई डेटा और प्रमाणन मानकों के अनुरूप हैं।
यद्यपि पीएफई एक मुखौटा के प्रदर्शन को मापने के लिए एक महत्वपूर्ण संकेतक है, इस बिंदु पर हमें पाठकों को याद दिलाना चाहिए कि भविष्य के मुखौटा सामग्री के व्यापक विश्लेषण में अन्य कारकों पर विचार करना चाहिए, यानी सामग्री पारगम्यता (यानी, दबाव ड्रॉप या अंतर दबाव परीक्षण के माध्यम से) )ASTM F2100 और F3502 में नियम हैं।पहनने वाले के आराम और सांस लेने के दौरान मास्क के किनारे के रिसाव को रोकने के लिए स्वीकार्य श्वसन क्षमता आवश्यक है।चूंकि कई सामान्य सामग्रियों की पीएफई और वायु पारगम्यता आमतौर पर व्युत्क्रमानुपाती होती है, इसलिए मास्क सामग्री के प्रदर्शन का पूरी तरह से मूल्यांकन करने के लिए पीएफई माप के साथ दबाव ड्रॉप माप को एक साथ किया जाना चाहिए।
हम अनुशंसा करते हैं कि ASTM F2299 के अनुसार PFE उपकरण के निर्माण के लिए दिशा-निर्देश मानकों के निरंतर सुधार, अनुसंधान डेटा के निर्माण के लिए आवश्यक हैं जिनकी तुलना अनुसंधान प्रयोगशालाओं के बीच की जा सकती है, और एरोसोल निस्पंदन को बढ़ाने के लिए।केवल NIOSH (या F3502) मानक पर भरोसा करें, जो एकल डिवाइस (TSI 8130A) को निर्दिष्ट करता है और शोधकर्ताओं को टर्नकी डिवाइस (उदाहरण के लिए, TSI सिस्टम) खरीदने से रोकता है।TSI 8130A जैसी मानकीकृत प्रणालियों पर निर्भरता वर्तमान मानक प्रमाणन के लिए महत्वपूर्ण है, लेकिन यह मास्क, श्वासयंत्र और अन्य एरोसोल निस्पंदन तकनीकों के विकास को सीमित करती है जो अनुसंधान प्रगति के विपरीत चलती हैं।यह ध्यान देने योग्य है कि NIOSH मानक को इस उपकरण की आवश्यकता होने पर अपेक्षित कठोर परिस्थितियों में श्वसन यंत्रों के परीक्षण के लिए एक विधि के रूप में विकसित किया गया था, लेकिन इसके विपरीत, ASTM F2100/F2299 विधियों द्वारा सर्जिकल मास्क का परीक्षण किया जाता है।सामुदायिक मास्क का आकार और शैली सर्जिकल मास्क की तरह अधिक होती है, जिसका अर्थ यह नहीं है कि उनके पास N95 की तरह उत्कृष्ट निस्पंदन दक्षता प्रदर्शन है।यदि सर्जिकल मास्क का मूल्यांकन अभी भी ASTM F2100/F2299 के अनुसार किया जाता है, तो ASTM F2100/F2299 के करीब एक विधि का उपयोग करके साधारण कपड़ों का विश्लेषण किया जाना चाहिए।इसके अलावा, ASTM F2299 विभिन्न मापदंडों (जैसे वायु प्रवाह दर और निस्पंदन दक्षता अध्ययन में सतह वेग) में अतिरिक्त लचीलेपन की अनुमति देता है, जो इसे एक शोध वातावरण में अनुमानित बेहतर मानक बना सकता है।