国内外口罩颗粒过滤效率测试仪对比分析

陈佳怀 梁涛 刘焱峣

摘要：本文对比了国内外两台不同类型的颗粒物过滤效率测试仪的技术参数、试验原理以及检测方法;对两台设备进行了过滤效率的对比试验;最后分析导致对比试验结果差异性的原因。

关键词：口罩;颗粒物过滤效率;测试仪

前言

2020年以来，受新冠疫情的影响，佩戴口罩成为了人们防范疫情的必要手段。国内口罩的需求量呈爆发性增长，相应地引发国内各企业大批量的生产口罩。在大规模生产口罩的背景下，人们对所佩戴的口罩是否具备较好的防护作用也较为重视，其中颗粒物过滤效率成为了人们评判口罩性能好坏的重要技术指标之一。口罩的过滤效率是指在规定检测条件下，过滤元件滤除颗粒物的水平。

国内针对不同类型的防护口罩，制定相应的标准，如GB 2626-2019《呼吸防护 自吸过滤式防颗粒物呼吸器》、GB/T 32610-2016《日常防护型口罩技术规范》、YY 0469-2011《医用外科口罩》、GB 19083-2010《医用防护口罩技术要求》、GB/T38880-2020《儿童口罩技术规范》等。这些标准中颗粒物过滤效率检测方法或检测条件也不尽相同。譬如：GB 2626-2019规定，在气体流量为（85±4）L/min的测试条件下，以每个呼吸器过滤元件累计（200±5）mg颗粒物加载量为基本要求测试颗粒物过滤效率; GB/T 32610-2016规定，在气体流量为（85±4）L/min的测试条件下，以口罩罩体累计30mg颗粒物加载量为基本要求测试颗粒物过滤效率等。

同时口罩的过滤效率测试装置也受到人们的关注。为了研究各类日常防护口罩、医用防护口罩和其他过滤材料的过滤效率，国内外研发了许多不同类型的过滤效率测试装置。日本开发的JIS检测系统通过捕集效率、清灰效率、残留粉尘量等结合实验条件来评价滤料的特性。德国PALAS公司生产的MFP-3000滤料测试装置在欧洲一些厂家和检测机构受到广泛使用，一些医疗机构与高校实验室对于口罩过滤性能的实验研究，常使用仿生人头模型来固定口罩，然后放入封闭气箱内进行测试。目前，国内行业中较多使用美国TSI-8130型自动滤料检测仪进行测试评价口罩颗粒物过滤效率的水平。但受限于该装置价格昂贵、供不应求，国内一些企业根据口罩相关标准要求，研制出各种类型的测试装置。如曹海罡研究了一种基于计数法的口罩过滤效率检测仪;张茜设计了一种口罩盐性颗粒物过滤效率试验台。

本文主要通过对比国内外两款不同型号的口罩颗粒过滤效率测试装置的技术参数、测试结果、测试原理和方法，来分析国内外设备对测试结果的影响。

1测试仪的技术参数对比

口罩颗粒物过滤效率测试原理：通过气溶胶发生器发生一定浓度及粒径分布的气溶胶，以规定的气体流量通过口罩罩体。使用适宜的颗粒物检测装置（仪器）检测口罩罩体前后的颗粒物浓度。以气溶胶通过口罩罩体后的颗粒物浓度减少量与通过口罩罩体前颗粒物浓度的比值（以百分比计）来评价口罩罩体对颗粒物的过滤效率。

本文选择两款常见的测试仪做对比：A装置为国内设备，B装置为国外设备。

A装置，主要技术参数如下：

（1）流量范围：（30～100）L/min（可调范围0～85L），精度：1%（出厂默认30L/min，YY 0469-2011标准）;

（2）过滤效率：（0.001～99.999）%;

（3）示值误差：（效率≥95%±2%），（效率≥85%±5%），（效率≤80%±30%）;

（4）测试面积：100cm;

（5）通气阻力：0～2000Pa，精度1Pa（选配）;

（6）气溶胶：氯化钠（可选配DOP、DEHS、石蜡油、玉米油）;

（7）气溶胶浓度：不超过30mg/m（盐性），不超过30mg/m（油性）;

（8）计数中位径：盐性颗粒（0.075±0.02）μm、油性颗粒（0.185±0.02）μm;

（9）颗粒物光学粒径检测通道：0.3μm、0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm;

（10）粒度分布几何标准偏差：盐性颗粒≤1.86，油性颗粒≤1.60;

（11）气溶胶浓度检测方式：激光（荧光诱导）法;

（12）动态检测范围：（0.001～30）mg/m，精度：1%;

B装置，主要结构技术参数组成如下：

（1）流量范围：（30～100）L/min，精度：1%;

（2）过滤效率：（0.001～99.999）%;

（3）压力测量：0～1470Pa，精度2%;

（4）气溶胶：氯化钠、DOP、DEHS、石蜡油;

（5）气溶胶浓度：12～20mg/m3（盐性），50～200mg/m（油性），中和器;

（6）计数中位径：盐性颗粒0.075μm、油性颗粒0.20μm;

（7）粒度分布几何标准偏差：盐性颗粒<1.86，油性颗粒<1.60;

（8）气溶胶浓度检测范围：1μg/m～200mg/m;

（9）气溶胶浓度检测方式：光散射法、激光光度計;

将A和B两种装置的主要技术参数和GB 2626-2019、GB/T 32610-2016以及YY 0469-2011标准要求的测试设备技术指标作对比，见表1。

通过对AB两款装置主要技术参数与标准要求测试设备技术要求的对比进行分析，可以看出：A型装置的颗粒物检测器的动态范围、油性颗粒物浓度范围与GB 2626-2019、GB/T 32610-2016以及YY 0469-2011的要求存差异。不能完全满足标准的要求。

2测试仪的试验对比

2.1试验条件

1）3种测试样品：一块均匀滤布（以下简称：样品1）、稳定同批次的平面口罩（以下简称：样品2）和稳定同批次的过滤片（以下简称：样品3）;

2）试验标准：GB/T 32610-2016《日常防护型口罩技术规范》;

3）试验装置：A装置、B装置;

4）测试流量：85L/min;

5）介质：氯化钠气溶胶;

6）加载量：30mg。

2.2试验结果

A装置无可直读的实际加载量，测试按默认参数设置，加载浓度为默认浓度≤30mg/m，每次测试60s，测试3次及以上;B装置选择同样参数条件的测试且追加设定加载浓度20mg/m3，每隔60s记录一次数据。所测的结果取最低值，并保留一位小数作为最终样品的过滤效率结果。试验结果见表2。

3检测仪测试结果对比分析

从表2结果可知：

1、对同批次的样品，A装置的得出的效率值与B装置有差异，B装置测试的效率值较低;

2、样品的效率越低，A装置测试的过滤效率与B装置测试过滤效率的差值越大。

就引起试验结果差异的原因，做以下分析：

3.1测试原理对比分析

A装置试验过程中某一时刻结果显示见表3。

B装置测试过程中某一时刻结果显示如表4。

通过表3内容可知，A装置采用六通道的粒子计数器，可同时观察到六个不同粒径通道粒子的数目及其变化情况，通过计数的方式进而计算过滤效率。表4内容可知，B装置采用上下游分光光度计检测气溶胶浓度，并计算过滤效率。B装置气溶胶光度计检测的是计重浓度。对比A装置和B装置，A装置的粒子计数器是直接检测颗粒物数量，其测试原理与B装置不一致。

A装置与B装置数据上的差距，大部分是由于颗粒物传感器的类型不同导致的。一般粒子的浓度分布曲线与数量分布曲线并不重合，大粒子在重量分布中占有较大比重。粒子的计数数值明显会比粒子的重量数值大好多倍。因此，A型与B型装置测试原理不一致，也导致其得到的过滤效率结果有差异。

3.2测试方法对比分析

按照GB/T 32610-2016中试验方法的要求，装置应连续加载到一定质量的颗粒物才终止试验，此过程中多次测试计算得到中间过程的过滤效率，它们中的最低值为最终的过滤效率。

A装置无法显示和确定实际测试的加载量，而B装置可以监测加载量，这导致了测试的过滤效率结果差异。

通过表3内容可知，粒子数量是按粒子粒径的增大而增多的。而且10.0μm的粒子数量约是0.3μm粒子数量的2.5倍。GB/T 32610-2016标准中对粒子发生器的要求是：NaCl颗粒物计数中位径（CMD）：（0.075±0.020）μm，粒度分布的几何标准偏差≤1.86，换算为质量中位径（MMD），NaCl颗粒物粒径范围：（0.249～0.430）μm。A装置实际采集到的粒子分布与标准要求的分布存在差异;B装置无法获取粒子发生器NaCl颗粒物计数中位径（CMD）的信息。粒子分布的差异也可能是造成试验结果差异的原因之一。

4 结论

本文通过对比了国内外两台不同类型的颗粒物过滤效率测试仪的技术参数，发现其存在一定的差异，国内设备不能完全覆盖现行标准要求;同时，对两台设备进行了过滤效率的对比试验，发现其试验结果存在差异;导致对比试验结果存在差异源于国内外装置的试验原理以及检测方法有所不同，这些不同点对试验结果产生较大影响。

参考文献：

[1]GB 2626-2019. 呼吸防護 自吸过滤式防颗粒物呼吸器[S]. 2019

[2]GB/T 32610-2016. 日常防护型口罩技术规范[S]. 2016

[3]YY 0469-2011. 医用外科口罩[S]. 2011

[4]GB 19083-2010. 医用防护口罩技术要求[S]. 2010

[5]GB/T 38880-2020. 儿童口罩技术规范[S]. 2020

[6]王 旭，冯向伟，陈 洁. 新型口罩过滤性能测试装置的研制[J].河南工程学院学报（自然科学版）.2016（2）：21-24

[7]曹海罡.基于计数法的口罩过滤效率检测仪开发[D].浙江大学，2019

[8]张茜.口罩盐性颗粒物过滤效率试验台设计[J].机械工程师，2021（03）：89-91.

[9]来苏，邹钺，邹志军. 高效过滤器性能试验方法与标准浅析[J]. 洁净与空调技术，2007，11：25-28.