带电荷和电荷中和的纳米粒子对N95过滤面罩呼吸器的穿透率（上）

引言

气溶胶原理的定量呼吸器适合性检验基于一个假设：在面罩内检测到的所有粒子都是由于面罩密封泄露导致的。当呼吸器使用如NIOSH 100系列或99系列高效滤料且假定没有其它呼吸器泄露途径（例如：面罩损坏）时，该假设成立。但是，当呼吸器使用如NIOSH 95系列较低过滤效率的滤料时，由于可能存在大量粒子穿透，该假设很可能不再有效。在适合性检验过程中，任何穿透滤料的粒子都被认为是面罩密封泄露的，这会导致人为的降低适合因数，即使面罩密合性可以接受，适合性检验也可能无法通过。

机械过滤器的最易穿透粒径（MPPS）取决于扩散、拦截和撞击截留机制，通常在300nm左右发生。然而，美国呼吸器制造商目前提供的大多数呼吸器过滤介质，除了机械截留机制以外，还依靠静电吸附来捕集粒子。这些带静电的滤材能够在不增加呼吸阻力的情况下明显提高粒子捕集效率。

当TSI为PortaCount® 呼吸器适合性检验仪开发用于测量N95呼吸器滤料的适合性附件—8095型N95-Companion™附件时[1]，选用了55nm粒径的粒子，因为它与机械过滤器的MPPS（最易穿透粒径300nm）相距甚远。可以假定该粒径粒子都被N95过滤器高效收集，从而确保面罩内部测量到的任何粒子都能反映出面罩的泄露情况。

最近的研究表明，商用N95过滤器的最易穿透粒径为40-60nm (2006年Balazy等人的研究;2007年Rengasamy等人的研究). 这和N95-Companion™ 技术采用的粒径范围相同，因而也引发了人们对N95-Companion™ 方法对使用荷电纤维的N95过滤面罩呼吸器是否有效的关注。

应当指出的是，Balazy等人的穿透率结果和Rengasamy等人的研究并没有采用N95-Companion™ 方法，因为在这些研究中使用的气溶胶是电荷中和的(具有玻耳兹曼电荷分布的粒子), 而N95 - Companion™ 技术只能测量带负电荷的气溶胶。带电荷气溶胶和电荷中和气溶胶的穿透特性区别是非常大的。Lee等人(2005年) 研究了N95和R95呼吸器在单极电离环境中的过滤效率。他们发现，当气溶胶荷电后，对N95和R95呼吸器的穿透率明显降低。

此前在TSI进行的研究表明，N95滤材的最易穿透粒径（MPPS）确实在40-100nm的之间。然而，TSI也发现，穿透N95静电滤材的粒子主要是不受静电力影响的零电荷粒子，正、负电荷粒子都可以被静电过滤介质有效截留。标称55 nm粒子中可以穿透N95-Companion™ 技术的是负电荷粒子（并被计数）,而零电荷和正电荷粒子会被N95-Companion™ 技术从环境和面罩采样中去除。由于N95-Companion™ 方法仅能让负电荷粒子有效通过并作为测试粒子，所以适合性检验中所有在呼吸器中检测到的粒子都是因为面罩密封泄露导致的这个假设依然有效。因此,N95-Companion™ 方法也仍旧是有效的。

为了进一步定量测量穿透N95滤材的气溶胶数量以及其对适合因数的影响，TSI进行了一项研究，测量电荷中和、正电荷和负电荷单分散气溶胶对多种商用N95过滤面罩呼吸器的穿透效率。

需要说明的是，通常使用TSI PortaCount^®适合性检验仪测量的自然环境气溶胶粒子通常是携带这静电电荷的混合物。有些是正电荷、有些是负电荷、有些则不带电荷。只有在实验室条件下才能产生完全由正电荷粒子、负电荷粒子或中性粒子组成的测试气溶胶。