آشنایی بیشتر با استانداردهای ماسک های تنفسی مصرفی

استانداردهای ماسک های تنفسی

یک ماسک تنفسی از مواد مختلفی تشکیل شده که مهمترین قسمت آن، مواد استفاده شده به عنوان فیلتر است که باید بتواند تا حد ممکن آلاینده ها را فیلتر کند. نانوالیاف موثرترین فیلتر برای ماسک های تنفسی به شمار می‌رود. نانوالیاف با عملکرد دوگانه از یک طرف به دلیل داشتن سطح بسیار بالا در واحد حجم (سطح ویژه بالا) باعث افزایش کارایی جذب روی سطح فیلتر نانولیفی می شود. همچنین فیلتر نانوالیاف با داشتن منافذ بسیار ریز قابلیت فیلتر کردن ذرات با سایز میکرونی از قبیل ویروس، باکتری، آلاینده هایی مثل دود اگزوز و … را دارد.

نوع دیگری از تجهیزات حفاظت تنفسی موسوم به رسپیریتور(Respirator)به عنوان تجهیزات حفاظت فردی برای حفاظت شخص استفاده کننده در برابر آلاینده های زیان بار مانند مواد شیمیایی سمی و ذرات بیماری زا در محیط های کاری طراحی و تولید می شوند. رسپیریتورها یا ماسک های صنعتی برای کمک به کاهش آسیبهای ناشی از تنفس در محیط های آلوده صنعتی طراحی شده اند. آلاینده هایی که به قدری کوچک اند (با اندازه کوچکتر از 100 میکرون) که به راحتی وارد اندام ها و بافت های بدن می شوند.

برای خرید ماسک سه بعدی می توانید به صفحه خرید ماسک سه بعدی بدون سوپاپ N95 مراجعه فرمایید.

طبقه بندی ها و استانداردهای ماسک های تنفسی

سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) Food and Drug Administration اطلاعات ارائه شده توسط تولید کنندگان را در نرم افزارهای خود (Pre Market 510) بررسی می کند. تولیدکنندگان باید، نتایج آزمایش خود را که شامل مقاومت در برابر مایعات، بازده فیلتراسیون برای لاتکس پلی استیرن و ذرات آئروسل باکتری استافیلوکوکوس اورئوس، فشار متغییر و اشتعال پذیری است را مطابق با دستورالعمل استاندارد ASTM F2100-11 (American Society for Testing and Matrials) در نرم افزار سازمان غذا و داروی آمریکا ثبت کنند.

مشخصات ASTM F2100-11 شامل آزمایش و الزامات برای موادی است که در ساخت ماسک های پزشکی استفاده می شوند، که در ارائه خدمات درمانی مانند جراحی و مراقبت از بیمار مرسوم هستند. این آزمایش‌ها، عملکرد رده های ماسک صورت را به عنوان مثال، بازده فیلتراسیون باکتریایی (ASTM F2101)، راندمان فیلتراسیون ذرات زیر میکرونی (ASTM F2299)، فشار متغییر (MIL-M-36954C)، مقاومت به نفوذ مایعات (ASTM F1862) و قابلیت اشتعال را ارائه می دهد.

مواد استفاده شده در تهیه ماسک ­های پزشکی که تحت پوشش این طبقه ­بندی قرار می گیرند، باید در یکی یا بیشتر، از رده­های عملکردی بر اساس ویژگی ­های کارایی در ایجاد مانع مواد استفاده شده در ماسک ­ها، که در زیر آمده است، طراحی شوند.

جدول الزامات عملکرد ماسک پزشکی

علاوه بر این، ماسک ­ها باید بیشترین مقدار محافظت را برای استفاده ­کننده فراهم نمایند. موسسه ملی سلامت و ایمنی شغلی (NIOSH) National Institute for Occupational Safety and Health در امریکا استانداردهای ماسک های تنفسی را در سه سری N، R و P با سه بازده 95، 99 و 99.97درصد طبقه بندی می کند.

نامگذاری فیلترها با حروف N,Rو P در استانداردهای ماسک های تنفسی هر کدام به معنی میزان واکنش فیلتر در برابر ذرات روغنی است. N نشان دهند فیلترهای”فاقد مقاومت در برابر روغن” (Not oil resistant) ، R برای فیلترهای “مقاوم در برابر روغن”، (somewhat Resistant to oil) و P برای فیلترهای”ضد روغن”(oil Proof) هستند.

بر همین اساس استانداردهای ماسک های تنفسی، فیلترهای سری N که با آئروسل NaCl آزمایش شدند در مقابل ذرات تجزیه شده، مقاومت زیادی نشان نمی دهند و فقط برای استفاده در محیط کار با آئروسل¬های جامد به کار می-روند. مطابق شرایط استاندارد NIOSH مرسوم ترین ماسک‌ها بیشتر ماسک‌ N95 هستند و از آنجا که کارایی فیلتر براساس پارامتر جداسازی فیزیکی ذرات است می¬توان از همه ذرات بیولوژیکی انتظار داشت، که در شرایط مساوی با آزمایش آئوروسل با راندمان مشابه فیلتر شود. (به این معنی که حداقل 95٪ راندمان برای فیلتر N95).

میزان نفوذ ذرات ( penetration) P،  در یک ماسک N95 مطابق استاندارد، نمی تواند از 5٪ تجاوز کند؛ بنابراين، میزان بازده ماسک، E، که به عنوان E = 100٪ – P محاسبه مي شود، بايد حداقل 95٪ باشد.

در اروپا، انطباق”لوازم حفاظت شخصی” Personal Protective Equipment (PPE) با دستورالعمل (89/686/ EEC) مشروط به این است، که این تجهیزات در بازار اروپا موجود بوده و توسط استاندارد اروپا (EN) ، و نشان تاییدیه اتحادیه اروپا (CE) تائید شود. دسته بندی ماسک ها مطابق استاندارد اروپا بدین شرح است : ماسک¬های فیلتردار نیم صورت (Filtering half masks) ماسک¬های نیمه(Half masks) و ربع ماسک¬ها(Quarter masks)، ماسک¬های تمام صورت (Full face masks) و ماسک¬های هوارسان.

در استانداردهای ماسک های تنفسی ماسک های نیم صورت(Filtering half masks) مطابق استاندراد اروپایی EN149 تحت عنوان FFP شناخته می شود که مخفف (Filtering face pieces) است. این ماسک¬ها که با استاندارد EN 149: 2001 طبقه بندی می¬شوند و در سه دسته FFP1 (راندمان پایین؛( 80٪))، FFP2 (راندمان متوسط؛( 94٪)) و FFP3 (راندمان بالا،( 99٪))جای می¬گیرند. این ماسک‌ها برای محافظت در برابر ذرات آئروسل، جامد، غیر فرَار آبی و ذرات آئروسل روغنی طراحی شده¬اند. بنابراین، تمام ماسک¬ها باید الزامات عملکرد فیلتراسیون جامد و مایع را رعایت کنند.

استاندارد EN 149: 2001 با نسخه اصلاح شده آن EN 149: 2001 + A1: 2009 در ژوئیه 2009 جایگزین شد. در این اصلاحیه، وضعیت قابلیت استفاده از ماسک های یکبار مصرف مشخص شده است: به این شرح که ماسک هایی با قابلیت فقط یک بار استفاده(غیر قابل استفاده مجدد، دارای نشان NR) و قابل استفاده مجدد (دارای نشان R) هستند. استاندارد N95 ایالات متحده تقریبا با FFP2 برابری می¬کند. هرچه عدد FFP بالاتر باشد، در صورت استفاده درست، ماسک می تواند حفاظت بیشتری ایجاد کند.

آزمون های بررسی شده در استاندارد EN149 شامل نفوذ فیلتر، تماس طولانی، اشتعال پذیری، مقاومت تنفسی، مجموع نشت درونی (TIL) و آزمون گرفتگی گرد و غبار دولومیت (اختیاری) است. در آزمون اندازه گیری نفوذ ذرات فیلتر که مطابق روش پیشنهادی استاندارد EN13274 7:2008 انجام می شود روش کار به این صورت است که ذرات پلی دیسپرس آئروسلNaCl با قطر متوسط 600 نانومتر تحت جریان 95L/MIN از فیلتر عبور می کند و تعداد ذرات دو سمت فیلتر به کمک دستگاه شمارنده، شمارش می شوند و به این ترتیب راندمان فیلتر مشخص میگردد.

علاوه بر EN 149، استاندارد اروپایی EN 143 (ماسک­های محافظتی- فیلترهای ذرات – ملزومات، آزمایش­ها، علامت گذاری) رده­های P1، P2 و P3 فیلترهای ذرات را تعریف می­کند که می­توانند به ماسک متصل شوند. بر اساس سطح عملکرد آن­ها؛ فیلترهای P1 دارای عملکرد پایین فیلتراسیون (80٪  راندمان)، فیلترهای P2 دارای عملکرد متوسط فیلتراسیون (94٪  راندمان)، و فیلترهای P3 دارای عملکرد بالای فیلتراسیون (99.97٪  راندمان) هستند.

فیلتر در استانداردهای ماسک های تنفسی

فرآیند فیلتراسیون به طور گسترده به منظور کاهش استنشاق آلاینده­های موجود در هوا که ممکن است با اثرات مختلفی برای سلامتی همراه باشد، استفاده می ­شود.

کتابچه راهنمای Elsevier Media Filter تعریف دقیق از محیط فیلتر ارائه می­دهد: یک محیط فیلتر، هر ماده ای است که تحت شرایط عملیاتی فیلتر، به یک یا چند مولفه مخلوط یا محلول نفوذ می­کند، و نسبت به اجزای باقی مانده نیز نفوذپذیر است. مواد لیفی شکل برای فیلتراسیون حیاتی هستند.

یکی از ویژگی­ های مهم الیاف متخلل این است که شکستگی مواد جامد در انها بسیار پایین­تر از یک ماده گرانولی است. نیروی محرکه اصلی در صنعت فیلتراسیون، الزاماتی برای فیلتراسیون مرغوب­تر است. در فیلتراسیون هوا، الزامات فیلتراسیون بهتر، توسط الیاف مرغوب­تر  مرتفع می­شود. معمولا، در فرایندهای تصفیه ذرات زیر 1 میکرومتر یا 1000 نانومتر نیاز هست که قطر الیاف جدا کننده با اندازه ذرات مورد نظر برای فیلتر شدن هماهنگ باشد.

بیشتر اوقات، ترکیب الیاف برای تعادل بین کارایی فیلتراسیون و افت فشار صورت می­گیرد. افت فشار بالا در یک فیلتر، موجب مصرف انرژی بیشتر برای هدایت جریان هوا از طریق فیلتر می­شود. به طور کلی وقتی قطر الیاف کاهش می یابد، بازده فیلتراسیون بالاتر می­رود. افزایش بازده فیلتراسیون به سبب  افزایش سطح در دسترس برای جذب ذرات صورت می­گیرد. این مسئله، به ویژه برای ذرات کوچک زیر میکرونی  اتفاق می افتد. بنابراین، موجی از نوآوری الیاف کوچک و تجاریسازی را تقویت می­کند، که از ابتدای دهه 1980 شروع به تولید فیلتراسیون کرد که منجر به توسعه فیلتراسیون الیاف نانو ­شد.

الیاف نانو در فیلتراسیون در راستای استانداردهای ماسک های تنفسی

نانوالیاف، بخش مهمی از تکنولوژی نوظهور بهبود کارایی فیلترها به شمار می­روند. الیاف نانو دارای وزن پایین، نفوذ پذیری بالا و منافذ کوچک هستند، که آن­ها را برای طیف گسترده­ای از برنامه­های کاربردی فیلتراسیون به ویژه برای ذرات کوچکتر، به گزینه­ی مناسبی تبدیل می­کند. علاوه بر این، غشاهای نانوالیاف دارای ویژگی­ های منحصر به فرد، مانند  سطح ویژه (از 1 تا 100 m²/g، با توجه به قطر الیاف و تخلخل داخل الیاف)، همبستگی خوب منافذ و پتانسیل ترکیب شیمیایی فعال یا عملکرد در مقیاس نانو است. الیاف نانو به طور مستقل در فیلتراسیون وجود ندارد. اما معمولا، بر بستر یک پارچه بافته نشده تولید می­ شود.

چهار نوع اصلی از مکانیزم فیلتراسیون با استفاده از فیلتر الیاف نانو وجود دارد. این مکانیزم­ ها شامل سطوح انباشته، سختی عمق، فیلتراسیون عمقی و فیلتراسیون کیک است. در عمل، فرایندهای تصفیه اغلب شامل ترکیب دو یا چند مکانیسم می­شوند. در فیلتراسیون سطح، سطح ماده فیلتر، نقش مهمی را ایفا می ­کند و بازه­ های حفره سطحی فیلتر، دقیقا در ارتباط با اندازه ذرات فیلتر می شود.

عمق فشار، نوع سختی عمق، در مقایسه با فیلترهای سطحی نسبتا ضخیم است. فیلتراسیون عمقی نیز از مکانیزم های مختلف فیزیکی برای از بین بردن ذره از یک مایع استفاده می کند، حتی اگر ذره کوچکتر از قطر منافذ در هر نقطه از ساختار آن باشد. در فیلتراسیون کیک، محیط فیلتر، فرآیند فیلتراسیون را آغاز می کند. لایه های پیوندی ذرات در بالای لایه های قبلی قرار می گیرند تا یک کیک را تشکیل دهند.

الزامات فنی برای فیلترها شامل میانگین سه پارامتر اصلی عملکرد فیلترها می شود، که عبارتند از: کارایی فیلتر، افت فشار و طول عمر فیلتر. الیاف نانو، افزایش قابل چشمگیری در بازده جذب ذرات و همچنین افزایش افت فشار در رابطه با ضخامت الیاف نانو در بستر فیلتر اصلی ایجاد می­ کنند.

طی سال­های گذشته (2013-2011)، بازار فناوری نانو در سراسر جهان سالانه به میزان 19 درصد رشد داشته است. شبکه­های نانوالیاف برای اهداف غیر بافتی و فیلتراسیون بخشی از این رشد را تشکیل می­دهند. الیاف نانو سطوح جدیدی از عملکرد فیلتراسیون را در کاربردهای متنوع، در دامنه­ ی وسیعی از محیط­ها فعال کرده است.

امروزه بیشتر افراد درگیر در بازار فیلتراسیون هوا، به دنبال استفاده از الیاف نانو برای بهبود ظرفیت نگهداری گرد و غبار و بازده فیلتراسیون هستند. کاربردهای زیادی از فیلترهای الیاف نانو وجود دارد که اکنون به بهره­برداری تجاری نیز رسیده­اند و گروهی هم در حال توسعه هستند. یکی از کاربردها، استفاده از الیاف نانو در ماسک­های صورت و دهان­بندهای طبی است.

ضمن استانداردهای ماسک های تنفسی، محبوب­ترین روش برای ایجاد الیاف نانو برای کاربردهای فیلتراسیون، الکتروریسی است. مواد ساخته شده از نانوالیاف می­ توانند ذرات PM2.5 را به طور موثر فیلتر کنند و همزمان قابلیت یک تنفس خوب را حفظ نمایند. همچنین این الیاف به طور قابل توجهی باعث کاهش مقاومت هوای ماسک و افزایش هوای خروجی شده که از طریق ماسک منتقل می شود. در نتیجه از فیلتر عبور می­ کند و به حاشیه منتقل می ­شود.

در نهایت به منظور ایجاد حفاظت بالا، ماسک­ ها عمدتا از فیلتر ساخته می­ شوند. امروزه فیلتراسیون و جداسازی آلاینده­ های کوچک در مقیاس میکرون، عمدتا یک مسئله به شمار می­ رود. بازدهی فیلتر با کاهش ظرافت  الیاف بهبود می­ یابد. منحنی های راندمان “V” شکل هستند و در راس با V، MPPS را نشان می ­دهند.

MPPS برای فیلترها عامل مهمی در روند انتخاب ماسک به شمار می ­رود. همانطور که قطر الیاف کاهش می­ یابد، اندازه نفوذ کننده­ ترین ذرات هم کاهش یافته و بازده جذب نافذترین ذرات افزایش می یابد. در این مرحله، الیاف نانو می­ توانند عناصری کلیدی برای مواد فیلتر در ماسک­ های صورت تلقی شوند.

آن­ها سطح بسیار بالایی را در واحد جرم دارند که باعث افزایش بهره وری جذب و سایر پدیده های وابسته به آن می ­شود، که ممکن است به سطوح الیاف (مانند کاتالیزور یا مبادله یون) راه یابد. آن­ها می ­توانند عملکرد فیلتر را برای جذب نانوذرات طبیعی از جمله ویروس­ ها و همچنین ذرات میکرونی مانند باکتری ­ها، و یا ذرات تولید شده توسط انسان مانند دود اگزوزهای دیزل افزایش دهند. به اعتقاد ما، پیشرفت­های تجهیزات حفاظتی تنفسی، نیازمند تحقیق بیشتر در زمینه فناوری فیلتراسیون الیاف نانو است، تا حفاظت لازم را در مقابل تهدیدات هوایی پدید آورد.