自吸過濾式口罩泄漏性檢測系統的確認與驗證實驗研究

任 光，劉 娟，王 玥

[江蘇省紡織產品質量監督檢驗研究院 江蘇省市場監管重點實驗室（健康衛生防護用紡織品），江蘇 南京 210007]

隨著新型冠狀病毒肺炎在全球大范圍流行，自吸過濾式口罩（簡稱口罩）成為大眾預防病毒感染的一類常見個人防護用品。

影響口罩防護性能的主要因素有兩個：一是口罩材料對顆粒物的過濾效率，二是口罩與佩戴者的適合性。適合性是指口罩與佩戴者的適合程度，主要體現在口罩佩戴后與佩戴者臉部的貼合程度[1]。

標準《呼吸防護 自吸過濾式防顆粒物呼吸器》（GB 2626—2019）[2]通過測試口罩泄漏性來評價口罩的適合程度。在規定實驗檢測環境下，受試者吸氣時從包括過濾元件在內的所有口罩部件泄漏入口罩內模擬劑的濃度與口罩外測試環境中模擬劑濃度的比值稱為總泄漏率，通過計算受試者總泄漏率的數值，得出口罩的泄漏性。口罩泄漏性測試系統由檢測倉、模擬劑發生和采樣硬件裝置以及控制軟件組成。江蘇省市場監管重點實驗室設計并完成了測試系統的搭建，為驗證該測試系統能否穩定地提供準確的實驗數據，本研究按照標準要求開展對口罩泄漏性檢測系統的確認。

1 測試系統

1.1 檢測倉

檢測倉是鋁合金框架結構，采用大面積玻璃幕墻，便于檢驗人員觀察受試者。測試倉由主測試倉和緩沖倉兩部分組成，主測試倉尺寸為2 000 mm（L）×2 000 mm（D）×2 200 mm（H），緩沖倉尺寸為2 000 mm（L）× 800 mm（D）×2 200 mm（H）。主測試倉滿足受試者進行實驗動作，緩沖倉則可有效降低受試者進出測試倉時對倉內模擬劑濃度變化的影響。

1.2 模擬劑發生和采樣裝置

模擬劑發生器和采樣器分別選用了TSI 9306型氣溶膠發生器和TSI 8540型氣溶膠監測儀。

1.3 控制軟件

口罩泄漏性檢測系統軟件可在線控制模擬劑發生器和采樣裝置的動作，實時顯示檢測倉和口罩內的顆粒物質量濃度。軟件內置GB 2626—2019實驗程序，可自動記錄實驗數據、計算并導出結果。

2 驗證實驗設計

2.1 樣品

選兩款口罩樣品進行驗證實驗，樣品信息如表1所示。

表1 樣品信息

2.2 樣品預處理

每款樣品準備10只，其中5只為未處理樣品，5只按下列條件進行預處理：（1）在（38±2.5）℃和85%±5% 相對濕度環境下放置（24±1）h；（2）在（70±3）℃干燥環境下放置（24±1）h；（3）在（-30±3）℃環境下放置（24±1）h。

為避免產生熱沖擊，每部分預處理之間，樣品應恢復至室溫并等待4 h，再進行后續預處理。

2.3 受試者

選擇10名受試者進行實驗，其中，男、女受試者各5名。男性受試者須刮凈胡須。受試者面部數據如表2所示。

表2 受試者面部數據信息

2.4 實驗方法

2.4.1 NaCl顆粒物泄漏性實驗

利用氣溶膠發生器將NaCl顆粒物導入檢測倉，顆粒物的質量濃度為4～12 mg/m3。

受試者在潔凈空氣區域佩戴好被測樣品，連接采樣管至氣溶膠檢測儀，測定受試者在檢測倉外呼吸時口罩內的本底濃度。

受試者進入檢測室，連接采樣管至氣溶膠檢測儀，然后受試者根據時間要求，按順序完成以下動作：

（1）頭部靜止、不說話，實驗時長為2 min；

（2）左右轉動頭部看檢測倉左右墻壁（大約15次），實驗時長為2 min；

（3）抬頭和低頭看檢測倉頂和地面（大約15次），實驗時長為2 min；

（4）大聲閱讀一段文字（如數數字），或大聲說話，實驗時長為2 min；

（5）頭部靜止、不說話，實驗時長為2 min。

在做每個動作時，軟件同時記錄檢測倉和口罩內顆粒物的質量濃度。為避免檢測動作的交叉區段，只記錄每個動作最后100 s內的實驗數值。

2.4.2 石蠟油顆粒物泄漏性實驗

利用氣溶膠發生器將石蠟油顆粒物導入檢測倉，顆粒物的質量濃度為20～30 mg/m3。實驗測試方法和數據記錄要求與NaCl顆粒物實驗相同。

2.4.3 實驗范圍

此次對KN類口罩進行NaCl顆粒物泄漏性實驗，對KP類口罩進行NaCl顆粒物和石蠟油顆粒物兩種顆粒物的泄漏性實驗。

3 結果與分析

3.1 穩定性實驗

以10天為間隔周期，連續進行10組實驗，測試結果如表3、4、5所示。

表3 1#樣品穩定性測試結果（NaCl顆粒物）

續表3

表4 2#樣品穩定性測試結果（NaCl顆粒物）

表5 2#樣品穩定性測試結果（石蠟油顆粒物）

此外，分別計算10個受試者動作a～動作e的泄漏率以及總泄漏率的相對標準偏差（Relative Standard Deviation，RSD），結果如表6所示。

表6 樣品相對標準偏差結果匯總

通過計算發現，10名受試者5個動作的泄漏率和總泄漏率相對標準偏差均小于10.00%，實驗數據具有良好的穩定性。

3.2 準確性實驗

將兩款樣品與另一家權威實驗室進行比對實驗，比對結果如表7、8、9所示。

表7 1#樣品實驗室比對結果（NaCl顆粒物）

表8 2#樣品實驗室比對結果（NaCl顆粒物）

表9 2#樣品實驗室比對結果（石蠟油顆粒物）

利用En值判斷法[3]對數據進行計算分析，結果如表10所示。

表10 樣品En值統計結果

通過分析可以發現，兩款樣品不論是5個動作的泄漏率、還是10名受試者的總泄漏率，均符合≤1，因此，江蘇省市場監管重點實驗室口罩泄漏性檢測系統具有良好的準確性。

4 結語

本系統所選用的氣溶膠發生器工作效率高，能大大縮短顆粒物設定質量濃度所需的時間。氣溶膠檢測儀響應靈敏，設備臺間差小，保證了實驗結果的準確性。系統軟件對數據的實時讀取記錄和結果計算功能能幫助實驗人員及時發現測試過程中的異常值，同時也極大地提高了檢測工作效率。經驗證，本次實驗室自吸過濾式口罩泄漏性檢測系統符合標準要求，測試數據具有良好的穩定性和準確性。