使用 有限公司 2 确定吸入污染物量和鼓风机效率的几种类型的呼吸器

文摘

进行了这个实验来确定有多少污染物可能会吸入时换气过度几个不同类型的呼吸器。其中包括一些紧身和宽松的动力过滤呼吸器(地表铺面)和一个呼吸器(APR)。有限公司₂被用作示踪气体环境空气,和几个如今紧身呼吸器进行测试的头呼吸机。有限公司₂呼出的气息是监测浓度以及有限公司₂在环境空气中的浓度。这个浓度比例能够给一个测量的保护因素,不一定的呼吸器,但是对于佩戴者。流量过滤/风机进口和呼吸机出口也被监控,所以鼓风机有效性(定义为吸入空气鼓风机贡献)也可以确定。佩戴者的保护因素被发现的范围从1.1 Racal AirMate宽松的地表铺面3 m罩到正无穷,3 m Breath-Easy地表铺面,和400 SE breath-responsive地表铺面。吸入污染物量取决于潮汐卷但范围从2.02 L 0 L同样的呼吸器,分别。鼓风机效率是紧身4月的1.0,0.18 Racal,大于1.0的两个宽大的地表铺面。与风机效率大于1.0,一些风机流在呼气阶段导致随后的吸入。这个实验的结果指向不同的方法来衡量呼吸器功效。

1。介绍

开发方法和吸入量的确定是很重要的保护穿戴者从空气中的污染物和转让最低预期呼吸器保护因素(1]。呼吸器保护面具之外的因素被定义为污染物浓度除以面具内污染物浓度。这两个浓度通常由nondiscriminating粒子计数器测量需要一个有限的时间达到一个有效的时间上测量。虽然这是一个相对简单的测量,它不能准确地用于快速变化的粒子数。粒子计数也依赖于面壳内的位置,和大幅空间不连续污染物浓度可能存在关于面具代表浓度,导致错误的结论。

集中度只作为衡量有效的保护因素,只要没有粒子源或汇系统。众所周知,呼吸系统是水分的来源粒子,这些可以清点以及挑战的颗粒物质。保护因素,在这种情况下,出现低于他们应该。呼吸系统内沉积的粒子也可以发生在空气吸入,导致明显高于他们应该保护因素。

呼吸器保护因素可能只是一个近似指示污染物的灵感的佩戴者。这是因为污染物穿透呼吸面具可能不会达到吸入口中。更直接的指标由呼吸器保护提供穿戴者的保护因素,我们定义为污染物的浓度吸入除以环境浓度。这之间的差异和传统保护因素利用,污染物在呼吸面具,但不吸入,测量传统但不佩戴者保护因素。

此外,示踪气体,如有限公司₂,可以用来确定空气的最终结果由一个地表铺面鼓风机。这个决心我们称为鼓风机效率。一个鼓风机效率值为1.0时表示,所有风机空气的吸入部分呼吸周期中提供将有助于使用者吸入气体。可能会丢失一些鼓风机空气环境直接通过呼气阀;在这种情况下,风机效率将被计算为小于1.0。鼓风机小于1.0的有效性将表明,一些空气来自环境的启发,绕过鼓风机通过呼吸器泄漏。鼓风机效率大于1.0表明,一些空气鼓风机贡献在呼气阶段将吸入在随后的灵感。一个4月,没有吹风机,应该有一个等价的鼓风机效率接近1.0。

在这项研究中,我们调查了呼吸器保护因素使用不同的测量方法的挑战气体和呼出的气息的集合。的目的,这种方法的结果可能是一个更好的评估保护因素实际上经历了佩戴者的呼吸器。因为这个测试使用二氧化碳作为示踪气体,必须进行一个头形式,但它确实给佩戴者的保护因素和鼓风机效率的定量评估。的有限公司₂可追踪的是源自掩盖了周围的环境空气头形式,所以可以帮助分区空气通过空气过滤器,绕过了过滤器。

2。方法

呼吸器泄漏是由操作包含公司的呼吸器在室₂作为一种示踪气体。送风呼吸器或地表铺面鼓风机来自外面的大气中含有的示踪气体浓度可以忽略不计。呼吸机是用来模拟人类佩戴者的影响,但从呼吸机呼出空气收集在一个单独的容器中。示踪气体呼出的空气的存在是定量的证据地表铺面内漏(图1)。

室的尺寸137厘米(54)76厘米(30)180厘米(71年)建造胶合板和聚碳酸酯透明塑料的可见性。胶合板与涂料密封。放置在室是一个呼吸器的头形。头形的口是连接到呼吸机(克鲁格生命科学,休斯顿,德克萨斯州,美国)外室通过一个3.8厘米(1.5英寸)灵活的通风软管(a - m系统螺旋管,Carlsborg,洗、美国)。两个单向阀门直接吸入的空气呼吸器呼吸机和呼出的空气到一个单独的容器中。阀门已经从美国陆军M17过滤呼吸器

容器收集呼出的气息是由几个2 L饮料塑料瓶与黑色绝缘胶带密封。示踪气体的扩散能力通过容器的墙壁没有调查,但呼吸之间的短时间内,使用的类型的塑料容器,容器内的体积浓度做出了重大错误不可能的。

有限公司₂是用作示踪气体。测试室挤满了6 - 7%股份有限公司₂从一个圆柱体,气体浓度连续监测了质谱仪(型号1100,优秀的,圣路易斯,密苏里州)。因为公司₂试验箱内部不断被替换为新鲜空气通过呼吸器,有限公司₂添加不断从气瓶保持目标公司₂浓度。

呼出气体收集容器始于一个微不足道的有限公司₂浓度,开始爬上呼出的空气从初始空气呼吸流离失所。空气/公司₂混合物由质谱仪连续采样和50个/秒的数据采集系统。当有限公司₂浓度达到了最终的稳态值,这个浓度在呼出的空气,作为价值,通过推理,吸入空气。没有其他地方有限公司₂去一次比到呼出吸入收集容器。

呼吸机测试是Racal AirMate 3 (Racal,弗雷德里克,医学博士,美国)宽松的地表铺面,呼吸通畅(3 m,圣保罗,明尼苏达州,美国)紧身地表铺面,丁与斗篷头罩,# 522-02-23(3米)宽松的罩,百夫长MAX(马丁代尔保护;塞特福德,诺福克,英国)多用途宽松地表铺面围巾,400 SE(美国海洋、草地、Pa) breath-responsive地表铺面,纳40(3米)和呼吸器。MedGraphics(美国明尼苏达州圣保罗)# 5038773皮托管流量计用于测量风机流和呼吸机流。这些都是事先仔细校准,以确保他们给相同的相同的流速测量。流量计是适应Racal鼓风机入口,百夫长,和海上设备。流量计之间的连接管被放置在鼓风机和面具的两个3米动力设备。一个进气软管连接到过滤器FRM40。

地表铺面鼓风机用完全充电电池操作,每个测试持续了大约2分钟。软管被附加到每个风机的入口,这样空气可以从外室。软管入口位于室约1米,和多余的气体筋疲力尽的室地板有限公司为了不循环₂从室回呼吸器入口(有限公司₂比空气密度)。

呼吸机是集生成一分钟112升/分钟,潮汐的2.4 L,最大流量317升/分钟。呼吸波形正弦。这些设置已经被使用在这个和之前的实验以诱导呼吸器泄漏如果呼吸器会泄漏。呼吸机分钟体积几乎是一样的大多数地表铺面鼓风机流量,但峰值远高于鼓风机流量流动。

数据收集与一个模拟数字数据采集板(美国国家仪器、奥斯汀、特克斯)连接到通用串行总线(USB)的PC电脑。定制软件开发的虚拟仪器7(美国国家仪器、奥斯汀、特克斯)记录流量和浓度数据,计算流差异和呼出卷。

吸入CO的体积₂泄漏体积乘以CO的浓度₂在呼气收藏室的气氛,也等于呼出体积乘以呼出有限公司₂浓度。因此,泄漏量可以获得的呼出量乘以比有限公司₂浓度在呼出的气息和室的气氛。

3所示。结果

结果总结在表1。最左边的列包括阅读中获取的值(流量计# 2图)1。哪里有一个范围的值,鼓风机流量变化在整个呼吸周期。吸入卷()通过集成流信号()从流量计# 1在吸入呼吸周期的一部分。呼出卷()通过集成流信号()从流量计# 1在呼气部分的呼吸循环。通常情况下,体积吸入和呼出量就会同意在测量和集成过程的出错率。有大于预期差异高达10%的两卷,可能归因于一些冷却的空气,因为它居住在呼出的呼吸机或压缩空气,因为它离开了呼吸机。因为两卷之间的差异,选择适当的体积来计算额外的派生值。

的有限公司₂比表1是公司的比例₂浓度测量捕获的呼出空气()除以有限公司₂集中在环境空气室周围的呼吸器()。佩戴者的保护因子计算的逆有限公司₂比,()。

泄漏量()代表的体积空气泄漏到呼吸面具和随后吸入呼吸机。泄漏量计算为呼出体积乘以有限公司₂比率。这来自于一个有限公司₂质量平衡口罩: 公司的数量₂到呼吸器是净泄漏体积乘以有限公司₂集中在环境空气室周围的呼吸器。任何泄漏的空气和有限公司₂的口罩已经包括在净泄漏的空气含有有限公司₂呼吸器。没有公司₂生成装置。公司的数量₂存储的数量有限₂收集在容器中放置积累呼出空气和等于呼出体积乘以有限公司₂体积浓度收集呼出。因此,(1)成为

吸入鼓风机贡献量计算 这个方程表明,风机风量的贡献()到吸入总量()是空气的比例不确定为泄漏()。

过滤后的空气经过鼓风机的总量在吸入,贴上鼓风机总额()表1,可以获得从鼓风机流量()衡量流量计# 2图1吸入,集成总时间()。

鼓风机效率的比率是吸入空气鼓风机贡献()到鼓风机总额(在吸入呼吸周期的一部分)

在图2呼吸机流量显示,鼓风机流量,吸入泄漏量(标记为吸入污染物卷)Racal AirMate 3宽松地表铺面。这个数字是为了表明,风机流量的口罩几乎是常数,而吸入污染物体积(集成呼吸机流量乘以有限公司₂在捕获的呼出一口气)浓度略高于2 L的呼吸机潮汐卷2.4 L。

图3是类似于图2但表明,风机流量的3 m安心紧身地表铺面在呼吸的吸气阶段不同。吸入污染物的体积和为零。

图4说明反应400 SE breath-responsive紧身地表铺面。鼓风机流量跟踪呼吸机流量以维持正压面壳内。再次吸入污染物的体积为零。

4所示。讨论

以前在我们的实验室,地表铺面鼓风机流量在呼吸周期中各不相同,这也反映在鼓风机流量的条目。呼出潮汐卷几乎是恒定在2.32到2.42 L。公司的比例₂呼出的气息和浓度封闭室也显示。这些数字测量保护因素的逆为每个口罩佩戴和使用。列标记为“漏卷”发现大量的吸入contaminant-laden空气,得到浓度比率乘以呼出卷。这些数据也代表名义泄漏量的呼吸器。

尽管过滤技术的进步,污染物水平呼吸器内仍然可以成为高得令人无法接受,如果呼吸机可以通过交替途径泄漏环境空气。事实上,薄弱环节在佩戴者保护面部匀称和呼气阀。品质因数的呼吸保护是保护因素(PF)定义为污染物的浓度在呼吸器除以呼吸器内的浓度。

在这项研究中,我们使用另一种方法来测量保护的因素,因为它与呼吸器泄漏。如果呼吸器操作在一个大气中含有一种示踪气体,但是空气呼吸器通过滤波电路是示踪气体的自由,那么只意味着气体进入面具和被吸入如果内气体泄露一些路径不同的滤波电路。如果这个测试进行了呼吸机,然后示踪气体也会沉积也沉浸在这台机器。收集气体的平均浓度的呼出的气息应该等于平均浓度呈现面壳内的嘴,因此平均高和低浓度区域的优先污染物流动通路。示踪气体浓度的比值在收集到的呼出的气息周围大气中气体浓度应该PF的倒数,至少从使用者的角度来看。

它可以指出,尽管Racal AirMate 3鼓风机流量高于百夫长马克斯鼓风机流量、污染物暴露与Racal更高和保护因素是低得多。保护因素几乎等于1.0,Racal宽松的地表铺面给几乎没有防止空气污染;污染物的浓度在呼吸器保护盾外几乎是一样的。百夫长马克斯宽松的口罩给更好的保护,但仍不足以是非常有效的。

400 SE breath-responsive呼吸器试图维持正压面壳内。400 SE风机流可以看到超过317升/分钟的流量峰值产生的呼吸机。风机关闭时,流经风机低得多,和呼吸器操作作为一个呼吸器(APR)。纳40 4月也有类似的流量通过过滤器,但有点低的保护因素。

三个呼吸机测试没有在呼出空气中污染的证据。这些都是3米,3 m地表铺面,SE 400地表铺面。在非常苛刻的环境中,这些防护口罩能够负担得起最好的保护。即使电源失败400年SE,测量保护因素仍然是20。实际上,3 m罩是宽松的呼吸器,但是有足够的死体积在其外壳,污染物不嘴。

从这个研究结果并不完全一致的分配OSHA[发表的保护因素1]。OSHA分配一个保护因素50到满脸纳40块4月我们的结果给出一个17的保护因素,和无动力的SE 400值为20。OSHA值为正面的紧身地表铺面是1000;我们的研究结果为3 m地表铺面和动力400 SE是非常高的,无限的在我们的测试中。宽松的地表铺面OSHA值25;我们获得的值如何引进当今较为1.1的雷卡,4为百夫长,3 m罩无穷。

目前有两个困难与PF测量。首先,污染物浓度在呼吸器可以不均匀,可以依赖,因此,测量位置。最近的研究在流动可视化在呼吸面具(1]表明,流动通路可以扭转和弯曲,明确界定contaminant-filled空气和清洁空气之间很短的距离。放置contaminant-detection停滞区可能产生测量探头,可能低估了污染物浓度。将探头在流动通路,污染物浓度可能特别高,可能高估了面具的平均浓度。现在的做法是将探针的嘴;这有点纠正位置的问题,因为这是吸入空气的地方了,可是还是没有解决问题时间变化的污染物水平的地方,他们可能会被吸入。

PF的第二个困难是一些污染物可以存款或呼吸系统吸收,从而使呼吸气道污染物过滤。面壳内测量平均控制浓度,因此,被低估。因此,它可能并不奇怪,这一研究获得的结果与其他方法所得结果不匹配。

死体积内呼吸面具通常被认为是有害的因为它积累呼出有限公司₂回收成下一个吸入呼吸和限制物理工作性能(2]。死体积内的面具,然而,可以是有益的,如果它作为一个缓冲泄漏污染物到达口。死体积可以保护特别是呼吸的空气在呼气阶段清洗的封闭的空气污染物在吸入泄露。例如,这可以发生在地表铺面鼓风机供应甚至在呼气过滤空气。保护死的这些面罩以前测量。百夫长MAX,价值约1.4 L和Racal AirMate,接近于零。纳40的死体积约为1.0 L,和其他两个紧身的面具被认为有大约相同数量。3 m罩的保护死体积测量人体模型上的进气口通过连接人体模特嘴真空软管和风机的进气软管被关闭。罩的人体模型是放置在一个fog-filled室。嘴流被记录为雾的时间到达。正如所料,雾从下面进入面具耳朵沿着脖子和下巴。 The total volume of air inhaled before the fog reached the mouth was 2 L.

应该保护死体积多大?它可能是足够大,以至于没有被污染的空气会到达口甚至在极端的情况下。吸入潮汐卷在体力活动通常在1.5 L范围,有时达到2.0 L,很少超过2.5 L。保护死体积大于2.5 - -3.0 L应该至少有效持续正压在一块提供穿戴者的保护,只要鼓风机可以清除死体积在呼气阶段的呼吸循环。死体积大于2.5 - -3.0 L需要鼓风机流量较大,可能是不必要的和不受欢迎的。

比较结果从这个和其他最近的雾流可视化研究表明,防护口罩死体积测量通常在协议无论使用什么手续。使用流可视化和呼吸机了吸入体积雾达到约1.4 L的嘴前百夫长马克斯地表铺面。流动显示与人类主题的呼吸给1.1 L雾达到同样的嘴口罩(3]。

众所周知,呼吸高峰流往往超过风机流(2,4- - - - - -9]。也有人表示担忧当口罩面壳内的压力正压,暂时变负(10]。只要保持正压,它是断言,任何泄漏流从里面的面壳外面,和被污染的空气不会进入面具。如果地表铺面风机和电池都是强大到足以执行流峰值水平,大部分的设备可能会大大增加,额外的重量可以减少工作性能(11]。另一种策略,一个最近刚刚意识到,是确保一个足够大的保护死体积,任何污染物进入面具不嘴。没有占呼出空气来自口腔,鼓风机流量不需要任何大于需要清除污染物的死体积在呼气阶段,只要空气鼓风机的分布宽足以横扫整个死体积。考虑到呼出空气进一步减少需要鼓风机流量,至少作为污染物而言。小型鼓风机流量可能导致有限公司₂积累的死体积。最终的结果是,吸入流量峰值没有遇见的鼓风机,只要存储清洁空气面具内可用。

然而,在最近的这些和其他实验结果表明,没有必要维持正压在面具在任何时候只要空气污染(泄漏)永远也到不了嘴。鼓风机必须能够消除污染空气的保护下负压事件之前死体积。

许多新罩式宽松的呼吸器使用保护性死体积的原则,因此可以被认为是保护至少4月和紧身地表铺面。他们有优势4月在没有高阻呼吸但有紧身地表铺面的缺点相比,风机应该操作,没有污染物提供保护。

在这项研究中使用的方法的有效性取决于过滤功效。本研究中使用的示踪气体有限公司₂,我们不允许有限公司₂挑战过滤器;每个过滤器入口提供了清洁空气。因此,完美的过滤效率是假定,我们主要是兴趣呼吸器泄漏。

如果使用不同的气体,一个过滤器应该删除,然后入口过滤器可以接触相同的气氛包围着被测试的呼吸器。滤波电路也会测试。

克莱顿et al。12)计算呼吸器保护因素为人类穿时模拟石棉清除操作。他们使用的方法类似于在目前的研究中,除了他们在一个包含一个小室六氟化钠而不是二氧化碳的浓度。他们也不断测量科幻₆内外浓度呼吸器,因此可以测量保护因素,因为他们在整个呼吸周期变化。在目前的研究中,我们知道多少更感兴趣是吸入被污染的空气,所以吸入污染(有限公司₂)收集时呼吸机开除了。显然,公司₂不能用作测试气体与人类测试对象;科幻小说₆或CH₄可能是一个更好的选择。然而,收集呼出气体和确定污染物水平里面而不是监控污染物水平呼吸面具给实际的保护因素经历了由佩戴者相比呼吸器保护因素(因为没有气体吸收呼吸系统)。

示踪气体的平均浓度的呼出的气息不会将面壳内的平均浓度相等。相反,呼气平均浓度实际上反映了污染物的浓度的启发。这意味着地区高流动导致口腔近乎停滞不前的加权大大超过地区流动。在这方面,测量呼气浓度是一个诚实的测量佩戴者的接触。

报告已发表有关面部测量使用者的呼吸健康(13]。当然,原因之一是一些面部配置导致大量泄漏,因此,较低的保护因素。然而,这项研究的结果显示另一个可能的原因,这是流动通路被污染的空气。不同的面部配置可能泄漏流在不同的人不同的频道。取决于所使用的确切位置的粒子计数器在这些研究[13- - - - - -15),柜台可以注册更高的平均值或平均值较低时污染物被吸引到呼吸面具。尽管这些研究的几个进行了一半面具或过滤面具口罩(13- - - - - -17),没有理由怀疑,优先流路径发现与宽松的研究地表铺面或紧身4月不是也出现在其他类型的呼吸器。面部的配置,特别是鼻子突出,很容易影响漏泄通路。

计算的净overbreathed体积的积分之间的区别的嘴流和鼓风机流量取决于假设所有的鼓风机流量捕获在面壳内。同样的,早些时候的声明,提供所需的鼓风机流量没有比面具死体积除以呼气时间视没有风机流逃避面对块之前扫面壳。很可能一些风机流直接逃到外面,通过泄漏或呼气阀。这是低效使用鼓风机的能力。发表的目前还没有已知的测量无效风机流,但这些测量能够用同样的方法用于实验。

如果从面具外的空气污染泄漏到吸入呼吸,然后鼓风机空气可以直接流的面具没有导致保护清洁空气死体积。

可以看出Racal呼吸器鼓风机效率很低。这表明大多数的空气由鼓风机不导致吸入空气的体积和符合相关的其他数据保护因子在这项研究和先前的研究[18]。

3 m呼吸简单紧身地表铺面的鼓风机效率约为1.0,这表明几乎所有的风机流导致吸入。这同样适用于400 SE风机关闭和纳40 4月;几乎所有的流动的空气通过鼓风机或过滤途径导致吸入空气。

400 SE风机开启时,正压维持在面壳至少大部分时间,和一些鼓风机空气泄漏,可能通过呼气阀。地表铺面鼓风机效率约90%。百分之十的空气由鼓风机是大气中浪费了。

鼓风机效率的百夫长马克斯和3 m罩都大于1.0。在这两种情况下,显然是足够的保护死体积,空气由鼓风机在呼气阶段呼吸导致吸入体积。在这两种情况下,风机符合鼓风机的建议我们不需要提供所有吸入风量但它需要清洗死体积的空气在呼气时间间隔。因此,鼓风机有助于吸入风量即使在呼气,尽管数据表1表明,并不是所有的污染物都是疏散。

鼓风机有效性分析仅仅是近似的。防毒面具的脸块内的流动情况是复杂的,涉及空气泄漏以及同时。死体积内面对块积累空气从所有来源加班。呼吸周期和不稳定,流动通道内面对块之间最有可能改变吸入和呼出,也可能随着时间的推移在呼吸阶段。如果重要物理运动伴随工作性能,然后脸上的口罩可以转变,或罩,罩内的空气的体积覆盖身体可以改变很大。在极其困难的呼吸条件下,面壳本身可以变形,这改变了边界流的域。在这一点上,成功的决心的水流动力条件在一个呼吸器尚未完成,据我们所知。

5。结论

这些结果表明,有一个大范围的佩戴者的保护因素之间不同类型的呼吸器。呼吸机的测试没有保护佩戴者提供的,而其他人提供极高的保护。结果还表明,鼓风机有多个对地表铺面绩效的贡献,包括提供吸入空气,呼吸面具的清洗污染物,可能增加地表铺面泄漏。鼓风机效率的概念被引入作为一种速度的能力鼓风机供应给使用者清洁吸入空气。

确认

这项工作是部分由国家职业安全与健康研究所国家个人防护技术实验室(NIOSH-NPPTL)合同200-2202-00531。

引用

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