气体流量对口罩细菌过滤效率测试仪试验的影响

目前市场上的口罩主要分为民用及医用两大类。民用口罩包括工业用防尘口罩及日常防护口罩；医用口罩则包括医用防护口罩、医用外科口罩、一次性医用口罩等。而口罩罩体对带有病原微生物菌颗粒物的阻隔性能主要通过口罩滤材的颗粒过滤效率及细菌过滤效率性能来体现[1]。气体流量是指单位时间内通过口罩罩体的气体体积量，它作为一项测试条件，直接影响了口罩的过滤性能的测试结果。通常人体在平静状态下的呼吸流量是15L/min，当人们处于激烈运动时，呼吸流量是平静状态下的8倍[2]。然而在相关的测试标准条件中，对于气体流量的规定却不尽相同，譬如GB 2626-2006《呼吸防护用品——自吸过滤式防颗粒物呼吸器》规定，在气体流量为85L/min±4的测试条件下测试颗粒过滤效率[3]；又如YY0469-2011《医用外科口罩》则规定，在测试条件为30L/min±2下测试颗粒过滤效率，测试条件为28.3L/min下测试细菌过滤效率[4]。故而使得因口罩种类不同导致其滤料性能的测试结果无法进行客观比较。针对上述问题，本研究通过改变气体流量的测试条件，探讨气体流量与不同类型口罩的颗粒过滤效率及细菌过滤效率的关系，为测试或制订标准时选择气体流量或确定技术指标提供参考。

1 试验

1.1 一般材料

N95 型口罩 A、B、C 3 种，平面型医用口罩 D、E、F 3种，分别由6家不同公司生产；口罩颗粒过滤效率检测仪（SX-L1056型，苏州苏信环境科技有限公司产），口罩细菌过滤效率检测仪（ZR-1000型,青岛众瑞智能仪器有限公司产），全自动菌落计数仪（ZR-1100型,青岛众瑞智能仪器有限公司产），恒温恒湿培养箱（IC812C型，雅马拓科技有限公司产）；胰蛋白酶大豆琼脂TSA（028074，广东环凯微生物科技有限公司产），胰蛋白酶大豆肉汤TSB（024051，广东环凯微生物科技有限公司产），蛋白胨水（022110，广东环凯微生物科技有限公司产）；金黄色葡萄球菌（ATCC6538）购买于中国食品药品检定研究院，目前保种于广东产品质量监督检验研究院轻纺部微生物室。

1.2 实验方法

1.2.1 菌悬液制备

取金黄色葡萄球菌ATCC6538接种于适量的胰蛋白酶大豆肉汤TSB中，在温度为37℃±2℃的环境中振荡培养24h±2h。然后用1.5%的蛋白胨将上述培养物稀释至约5×105CFU/mL浓度的菌悬液。

1.2.2 样品预处理

口罩颗粒过滤效率测试前先将口罩样品存放于温度为70℃±3℃的环境中预处理24h，后将口罩样品存放于温度为-30℃±3℃的环境中预处理24h，再于室温条件下恢复至少4h。

口罩细菌过滤效率测试前将口罩样品存放于温度为21℃±5℃，相对湿度为85%±5%的环境中预处理至少4h。

1.2.3 口罩颗粒过滤效率测试与细菌过滤效率测试

口罩颗粒过滤效率测试：选用空气动力学质量中值直径（MMAD）0.3um左右的非油性颗粒作为测试所用的气溶胶颗粒，分别测试 A、B、C、D、E、F 6 种口罩在20L/min、40L/min、60L/min、80L/min、100L/min 不 同 气体流量条件下的颗粒过滤效率，每种样品在不同流量下测试5个试样，取5个试样的平均值。

口罩细菌过滤效率测试：利用气溶胶颗粒发生器将配置好的金黄色葡萄球菌菌悬液发生成含菌气溶胶颗粒，由六级安德森采样器采集经口罩过滤后的含菌气溶胶颗粒，再由培养、菌落计数后与未经过口罩过滤的阳性质控样品进行对比，最后经统计计算得出口罩细菌过滤效率值。测试过程中通过改变采样器的气体流速分别测试 A、B、C、D、E、F 6 种口罩在 20L/min、40L/min、60L/min、80L/min、100L/min 不同气体流量条件下的细菌过滤效率，每种样品在不同流量下测试5个试样，取5个试样的平均值。

2 结果与讨论

2.1 气体流量对不同类型口罩的颗粒过滤效率的影响

2.1.1 试验结果

A、B、C、D、E、F 6 家不同公司生产的口罩在不同气体流量下的颗粒过滤效率测试结果见表1。其中A、B、C 3种为N95型口罩，D、E、F 3种为平面型医用口罩。

2.1.2 分析与讨论

从表1可以看出，随着气体流量的升高，所测口罩的颗粒过滤效率均逐渐降低。根据标准要求，N95型口罩在气体流量为85L/mi±4L/min时颗粒过滤效率应不低于95%，故而A、B、C均符合要求。而医用口罩D、E、F在30L/min以下时颗粒过滤效率均能达到95%以上，但随着气体流量的升高，颗粒过滤效率明显降低。同时，当在同等气体流量下N95型口罩的颗粒过滤效率明显高于医用口罩。这说明，在气体流量较低时，N95型口罩与医用口罩均能达到较好的防气溶胶颗粒效果，但随着气体流量的升高，N95型口罩能一直维持较高的过滤效率，而医用口罩的过滤水平逐渐下降。这是由于口罩滤材对颗粒物的阻隔原理是通过静电吸引及沉降运动来实现的[5]，口罩滤材是由无数超细纤维相互交叉、搭接而成的致密 络，而N95型口罩较医用口罩而言，其滤材的纤维直径更细，纤维排列空隙更紧密。故而在气体流量较低时，颗粒物以无规则布朗运动通过口罩罩体，惯性撞击作用小，二者表现出的阻隔性能差异较小。但在较高的气体流量下，布朗运动更为剧烈，颗粒物进行惯性撞击作用较大，N95型口罩对颗粒物的捕获及阻隔效果更为优异，能维持较高的过滤效率。结果表明在室内等气体流量较低的环境下，佩戴N95型口罩或医用口罩均可以达到不错的防尘效果，但在室外等气体流量较高的的环境下，佩戴医用口罩并不能起到良好的防尘效果，更适宜佩戴N95型口罩。

2.2 气体流量对不同类型口罩的细菌过滤效率的影响

2.2.1 试验结果

A、B、C、D、E、F 6家不同公司生产的口罩在不同气体流量下的细菌过滤效率测试结果见表2。其中A、B、C 3 种为 N95 型口罩，D、E、F 3 种为平面型医用口罩。

2.2.2 分析与讨论

从表2可以看出，随着气体流量的升高，所测口罩的细菌过滤效率均逐渐降低。根据标准要求，口罩的细菌过滤效率需要满足≥95%的要求。所测A、B、C 3种N95型口罩在5种测试流量环境下均满足要求，且随着气体流量的升高，细菌过滤效率降低幅度较小。而所测D、E、F 3种医用口罩在气体流量低于90L/min时，均满足要求，当气体流量为100L/min时细菌过滤效率均低于95%，不符合标准要求，且这3种医用口罩随着气体流量的升高，细菌过滤效率降低幅度较为明显。这说明随着气体流量的升高，N95型口罩滤材的细菌过滤效果相较于医用口罩更优异，仅在气体流量较高时，二者的细菌过滤效率差异较大。这是由于气溶胶颗粒的大小通常在0.01～10.00um之间[6]，而细菌的大小通常在0.50～0.70um之间[7]，是最小气溶胶颗粒大小的10倍以上。这说明细菌较气溶胶颗粒更容易被口罩滤材阻隔，故而随着气体流量的升高，细菌过滤效率降低幅度较小。结果表明在气体流量不高的环境下，佩戴医用口罩便有良好的防菌效果。在气体流量较高环境时，佩戴N95型口罩的防菌更优。

2.3 口罩颗粒过滤效率和细菌过滤效率的相关性分析

2.3.1 试验结果

将N95型口罩和平面型医用口罩于相同气体流量（20L/min）下通过软件进行线性拟合，进一步分析出二者的相关性，见图1。

2.3.2 分析与讨论

从图1可以看出，气体流量20L/min下，随着口罩的颗粒过滤效率的增加，口罩的细菌效率相应地升高。口罩的颗粒过滤效率和细菌过滤效率呈正相关关系，相关系数为0.994，相关系数有统计学意义 （P＜0.01）。这说明在相同气体流量下，N95型口罩与平面型医用口罩的颗粒物过滤效率均与细菌过滤效率呈正相关性。可以考虑当在一定气体流量下，口罩颗粒过滤效果较高时，进一步考虑用颗粒过滤效率结果替代细菌过滤的可行性，即当口罩的颗粒过滤效率值高于某一规定值时，如95%时可不再进行细菌过滤效率试验。这样既可降低实验室微生物的危险性，又可以节约检测资源，提高测试效率。

3 结语

在口罩的过滤性能测试中，气体流量越高，N95型口罩及医用口罩的颗粒过滤效率及细菌过滤效率则越低，气体流量与颗粒过滤效率及细菌过滤效率之间存在线性关系。在较低的气体流量环境下，N95型口罩与医用口罩对气溶胶颗粒物及细菌颗粒物均有较高的阻隔性能，均有良好的防尘及防菌效果。在较高的气体流量环境下，N95型口罩的防尘及防菌效果均优于医用口罩。当口罩颗粒过滤效果较高时，可考虑用颗粒过滤效率结果替代细菌过滤的可行性。可根据测试环境及口罩类型的不同，选择相应的测试气体流量条件，如对在室内、公园等环境下佩戴的口罩，可选用较低的气体流量检测条件；对在室外、医院等环境下佩戴的口罩，可选用较高的气体流量检测条件，从而制订和完善相应的标准及技术指标。