2019-nCoV疫情期間境外防護用品的過濾性能研究

趙小揚，張 圣，何 婧，李擁軍，劉建強

(襄陽市公共檢驗檢測中心，湖北 襄陽 441104)

2019年12月，我國湖北省武漢市爆發了新型冠狀病毒感染肺炎(2019-nCoV)， 2020年1月31日，世界衛生組織聲明2019-nCoV疫情已構成“國際關注的突發公共衛生事件”[1]。通過對2019-nCoV病毒的傳播方式進行研究，研究者發現其主要的傳播途徑是呼吸道飛沫傳播[2]，因此，為了能夠有效阻斷病毒傳播，人們開始有意識地佩戴口罩、防護服等呼吸防護設備出行。呼吸防護設備中口罩是一種常見的用于過濾進入口鼻空氣的衛生用品，主要分為棉布口罩、無紡布口罩、高分子材料口罩、活性炭粉濾芯口罩、活性炭纖維氈墊口罩等[3-4]，醫療工作中使用最多的是高分子材料口罩，此種口罩主要由5層聚丙烯無紡布[5]制成，可以過濾空氣中超過95%的顆粒物[6]，能夠有效地保護人們的健康。相關研究表明[7]，在此次的疫情中，佩戴口罩能有效阻斷病毒的傳播。

在疫情爆發初期，我國得到了大量境外捐贈的防護用品，但因為這些防護品是在境外生產的，無中文標識，所使用的設計、制造標準也不同于我國[8]。為了更好地指導醫務人員和普通民眾正確選用防護用品，作者于2020年5月采集了多套境外生產的無中文標識的防護服和口罩，對照國內標準[9-11]對其過濾效率、抗合成血液穿透性等性能進行了研究和分析，以供相關人員提供參考。

1 實驗

1.1 試樣

FFP2型防護口罩：執行歐洲CEEN149:2001標準，過濾效率大于等于94%，按生產廠家分別編為1#，2#，3#試樣，其中1#試樣為Champak Enterprise Co. Ltd.產，2#試樣為Aswan International Corp.產，3#試樣為Dr?ger Safety AG & Co.KGaA產；KF94型防護口罩：執行韓國標準，直徑0.4 μm的顆粒物過濾率大于等于94%，按生產廠家分別編為4#，5#試樣，其中4#試樣為KN94型口罩，由韓國京畿道平澤市西灘面產，5#試樣為KN94型口罩，由沙特阿拉伯國立清潔工業公司產；防護服：均為有膜無條150～180 g防護服，無相關中文標識，按生產廠家分別編為6#，7#，8#試樣，其中6#試樣為韓國SG生命安全有限公司產，7#試樣標韓國SML有限公司產，8#試樣為美國杜邦公司產。

1.2 儀器與設備

NW261自動過濾效率測試儀、YG812F防護服耐壓合成血穿透測試儀：泉州市美邦儀器有限公司制；(ZEISS)Sigma300型場發射掃描電子顯微鏡(SEM) ：卡爾·蔡司股份公司制。

1.3 實驗方法

1.3.1 防護口罩的過濾效率測試

防護口罩5批，即1#，2#，3#，4#，5#試樣，每批隨機抽取100個。試樣按照國家標準GB 2626—2006《呼吸防護用品 自吸過濾式防顆粒物呼吸器》6.3進行檢測。檢測試樣從100個樣本中隨機抽取30個，其中20個為未處理試樣，另10個為經溫濕度(高低溫)預處理的試樣，即經一定的溫度和濕度進行預處理，按照順序分別在溫度(38±2.5)℃和相對濕度(85±5)%的環境中放置(24±1)h、在(70±3)℃的干燥環境中放置(24±1)h，在(-30±3)℃的環境中放置(24±1)h，預處理避免產生熱沖擊，放置在氣密性容器中，并在10 h內完成后續檢測[7]。分別對這30個試樣進行氯化鈉(NaCl)顆粒物過濾效率和油性顆粒物過濾效率進行檢測。NaCl顆粒物過濾效率使用滿足標準要求的NaCl顆粒物過濾效率檢測系統，檢測參數為：NaCl氣溶膠顆粒，空氣流量85 L/min，氣溶膠濃度15 mg/m3；油性顆粒物過濾效率使用滿足標準要求的油性顆粒物過濾效率檢測系統，檢測條件按照國內KN類過濾原件進行設置，檢測參數為：石蠟油氣溶膠顆粒，空氣流量85 L/min，氣溶膠濃度100 mg/m3。

1.3.2 防護服的抗合成血液穿透性和過濾效率測試

防護服3批，即6#，7#，8#試樣，每批隨機采集12套。試樣按照國家標準GB 19082—2009《醫用一次性防護服技術要求》附錄A檢測抗合成血液穿透性和5.7檢測過濾效率。

抗合成血液穿透性：在每個防護服試樣上隨機裁取3片75 mm×75 mm的實驗試樣，按照標準要求配置合成血液(表面張力0.02 N/m)，在持續施壓的壓強下以合成血液對防護服材料進行實驗，目視檢查材料上合成血液是否穿透[8]。壓強到達1.75，3.5，7.0，14.0，20.0 kPa時觀察是否有合成血液穿透，如有穿透則試樣的抗合成血液穿透性為1，2，3，4，5級，如到達20.0 kPa仍未觀察到有合成血液穿透，則試樣的抗合成血液穿透性為6級。

過濾效率：每種防護服取3套試樣，在相對濕度為(30±10)%，溫度為(25±5)℃的環境中使用濃度為15 mg/m3的NaCl氣溶膠顆粒進行實驗，空氣流量設置為15 L/min，氣流通過的截面積為100 cm2。

1.3.3 防護口罩的纖維SEM觀察

將防護用品剪開，取表層纖維，將其裁剪為1 cm×1 cm 的碎片，用鑷子將其固定于導電膠上，然后固定于試樣臺上，將載有試樣的試樣臺置于真空噴鍍儀中，在試樣表面噴鍍20 nm的金層。將噴鍍后的試樣臺放入SEM 試樣室內，在低放大倍數下尋找試樣位置，然后在高倍數下觀察試樣的情況。

2 結果與討論

2.1 防護口罩NaCl顆粒物過濾效率

防護口罩的NaCl顆粒物過濾效率與油性顆粒物過濾效率分別見表1、表2。

表1 NaCl顆粒物過濾效率Tab.1 Filtration efficiency of NaCl particles

表2 油性顆粒物過濾效率Tab.2 Filtration efficiency of oily particles

由表1、表2可看出：未處理試樣的NaCl顆粒物過濾效率為41.6%～99.9%，經溫濕度(高低溫)預處理后試樣的NaCl顆粒物過濾效率為31.0%～99.9%，未處理試樣的油性顆粒物過濾效率為24.1%～98.1%，溫濕度(高低溫)預處理后試樣的油性顆粒物過濾效率為18.6%～97.7%；對于未經處理的試樣，其NaCl顆粒物過濾效率普遍較高，2#，4#，5#試樣的NaCl顆粒物過濾效率均在98%以上，1#試樣的NaCl顆粒物過濾效率約90%，3#試樣的NaCl顆粒物過濾效率未達到50%；對于經溫濕度(高低溫)預處理后的試樣，其中2#，4#，5#試樣的NaCl顆粒物過濾效率衰減較低，過濾效率衰減約2%，而1#試樣的NaCl顆粒物過濾效率衰減較大，其過濾效率衰減約30%。

由表2可看出：未經處理的試樣，其油性顆粒物過濾效率普遍比NaCl顆粒物過濾效率低，2#，4#，5#試樣的油性顆粒物過濾效率均在96%以上，1#，3#試樣的油性顆粒物過濾效率均未達到50%；2#，4#，5#試樣經溫濕度(高低溫)預處理后的油性顆粒物過濾效率衰減較低，其過濾效率衰減約2%，而1#，3#試樣經溫濕度(高低溫)預處理后的油性顆粒物過濾效率衰減較大，其過濾效率衰減約10%。

表1、表2結果表明，過濾效率大于等于90%的試樣經溫濕度(高低溫)預處理后的過濾效率衰減較小約2%，而過濾效率小于等于50%的試樣經溫濕度(高低溫)預處理后的過濾效率衰減較大為10%～30%。1#和3#試樣的過濾效率均沒有達到歐洲CEEN149:2001標準和我國的GB 2626—2006標準。

2.2 防護服的抗合成血液穿透性能及過濾效率

防護服的抗合成血液穿透性與過濾效率其結果見表3和表4。

表3 抗合成血液穿透性能Tab.3 Synthetic blood penetration resistance

表4 防護服的過濾效率Tab.4 Filtration efficiency of protective clothing

由表3可看出，6#，7#，8#3種境外防護服的抗合成血液穿透性較高，為3～6級，均高于國家標準GB 19082—2009《醫用一次性防護服技術要求》中2級(施壓1.75 kPa的壓強)以上要求，其中6#試樣在在持續施壓20 kPa的壓強下仍未見合成血液穿透，說明6#試樣的抗合成血液穿透性較好。

由表4可看出，6#，7#，8#3種境外防護服關鍵部位的過濾效率較高，過濾效率(最小值)為99%～100%，遠高于國家標準GB 19082—2009《醫用一次性防護服技術要求》中非油性顆粒的過濾效率大于等于70%，但接縫處過濾效率較低，最小值在10%～30%之間，達不到防護要求。

2.3 防護口罩纖維的微觀結構

針對防護口罩在不同顆粒物下防護效果的不同變化，選取FFP2型防護口罩中的1#試樣進行SEM觀察分析，如圖1所示。由圖1a可看出，防護口罩的纖維筆直、大小均勻，纖維層次分明，能夠有效防護各種顆粒物； 而圖1b可看出，在使用濕熱氣流處理后的防護口罩的纖維，其相較于處理前也有部分的扭曲、破壞，部分纖維表面還出現了裂紋，這是由于經過氣流沖擊處理后，纖維的靜電吸附效果遭到破壞，從而導致口罩防護效果的明顯下降。

圖1 處理前后防護口罩纖維的SEM照片Fig.1 SEM images of protective mask fiber before and after treatment

3 結論

a. 1#和3#試樣的過濾效率均沒有達到歐洲CEEN149:2001標準和我國的GB 2626—2006標準。過濾效率大于等于90%的2#，4#，5#試樣經溫濕度(高低溫)預處理后的過濾效率衰減較小約2%，而過濾效率小于等于50%的1#和3#試樣經溫濕度(高低溫)預處理后的過濾效率衰減10%～30%。

b. 所有防護服的材料均能滿足防護要求，主要防護指標抗合成血液穿透性、關鍵部位過濾效率大幅高于GB 19082—2009中的技術要求，其中關鍵部分的防護效果達到了99%以上，但是，防護服均未在防護服最薄弱的接縫處粘貼膠條，導致接縫處的過濾效率均不能達到防護效果，無法提供全身范圍的防護。

c. 鑒于1#和3#試樣的過濾效果達不到要求，相關部門應當對國外非國標口罩進行篩查，保證其質量。另外，在對抗2019-nCoV病毒的工作環境中需要保證相關人員的全方位受到保護，因此國外的防護服雖然具有良好的表面防護效果，但是關鍵連接處低下的過濾效率可能會給一線醫護人員帶來很大的安全隱患，因此建議相關醫療機構在選擇防護服時應選擇接縫處加貼膠條的防護服，避免將不加膠條的防護服用于ICU、手術等有血液及體液噴濺的場景。