مقدمة
منذ انتشار فيروس كورونا المستجد (سارس-كوف-2) في جميع أنحاء العالم، أصبحت حماية الفم والأنف جزءًا من حياتنا اليومية. في البداية، تم استخدام العصابات والأوشحة والأقنعة القماشية في الحياة اليومية، ولكن بسبب الانتشار السريع للفيروس، تم استبدالها بأقنعة طبية مثل الأقنعة الجراحية أو أقنعة FFP2. وبمجرد وضع كمامة حماية الأنف والفم، فإنها تكون باستمرار في التدفق التنفسي للشهيق والزفير لمرتديها. يكون التدفق التنفسي في الزفير على وجه الخصوص مشبعًا تقريبًا، حيث تبلغ نسبة الرطوبة 98% أثناء الزفير [1]. ونتيجة لذلك، يتم ترطيب مادة القناع باستمرار، مما يقلل من وظيفة المرشح. وعلاوة على ذلك، فإن البيئة الرطبة تعزز انتشار البكتيريا والفطريات الضارة داخل مادة المرشح ويمكن أن تؤدي إلى أمراض الجهاز التنفسي المعدية لمرتدي القناع [2].
في ما يلي، يتم التحقيق في القياس الكمي لامتصاص الرطوبة لحماية الفم والأنف كدالة للمادة المستخدمة واتباع وقت الارتداء الموصى به لنصف الأقنعة وفقًا للتأمين القانوني الألماني ضد الحوادث [3]. ولهذه الغاية، تم إعداد عينة من كل من القماش وقناع FFP2. وبسبب التغيير من القماش إلى أقنعة FFP2، تغيرت البنية من نسيج قطني أحادي الطبقة إلى صوف متعدد الطبقات. عن طريق قياسات قياس الثقل الحراري عند مستويات متفاوتة من محتوى الرطوبة النسبية، تم تحديد الامتصاص المحتمل للرطوبة لأنواع الأقنعة المختلفة.
شروط القياس
لإجراء الفحوصات، تم توصيل جهاز STA 449 F3 جوبيتر STA 449 F3 مع فرن نحاسي بمولد الرطوبة MHG 100. تم تحضير عينات من مواد القناع الفردي (10 مم × 10 مم) من الجزء الأوسط (الشكل 1) ووضعت على شبكة Pt/Ir (الشكل 2) لتحديد التغيرات في الكتلة. عن طريق دعامة العينة هذه، يمكن إجراء قياسات قياس الثقل الحراري في STA. لم يتم تسجيل التأثيرات الحرارية الداخلية والخارجية. علاوة على ذلك، تمت محاذاة العينات مع الجانب الداخلي للقناع المواجه لتدفق الرطوبة، وذلك لمحاكاة ظروف التشغيل الحقيقية.
ترد ظروف القياس التفصيلية في الجدول 1.
تم وضع برنامج درجة الحرارة وفقًا للتحقيقات التي أجرتها جامعة مونستر للعلوم التطبيقية فيما يتعلق بإمكانية إعادة استخدام أقنعة FFP2. تضمن برنامج القياس 5 دورات من برنامج درجة الحرارة الموضح في الجدول 2.
الجدول 1: شروط القياس
| المعلمة | قناع القماش | قناع FFP2 |
| كتلة العينة | 16.313 مجم | 19.921 ملغم |
| فرن | نحاس | |
| حامل العينة | حامل عينة TG، Pt/Ir 10 صافي | |
| جو الغاز | النيتروجين | |
| معدل تدفق الغاز | 20 مل/دقيقة | |
| ملحق | مولد الرطوبة MHG | |
الجدول 2: برنامج درجة الحرارة وتعديل الرطوبة للقياسات
القياس الشرائح | درجة الحرارة | نسبة الرطوبة | الوقت |
1 | 32°C | 40% | 60 دقيقة |
2 | 32°C | 90% | 60 دقيقة |
3 | 32°C | 40% | 60 دقيقة |
4 | 32 درجة مئوية → 80 درجة مئوية (10 كلفن/دقيقة) | 40% → 2.6% | - |
5 | 80°C | 2.6% | 60 درجة مئوية |
6 | 80 درجة مئوية → 32 درجة مئوية (10 كلفن/دقيقة) | 2,6 % → 40 % | - |
نتائج القياس
ويوضح الشكل 3 منحنيات TGA التي تم الحصول عليها كدالة لدرجة الحرارة والرطوبة النسبية لعينات كل من القماش وأقنعة FFP2. تُظهر كلتا العينتين زيادة في الكتلة بسبب زيادة الرطوبة النسبية، مع زيادة الكتلة بشكل ملحوظ في عينة القماش (باللون الأسود) مقارنةً بقناع FFP2 (باللون الأخضر).
عند النظر إلى نتائج TGA لعينة القناع القماشي (الشكل 4) بمزيد من التفصيل، يمكن اكتشاف زيادة في الكتلة بمتوسط 8% بعد زيادة الرطوبة النسبية من 40% إلى 90% عند درجة حرارة 32 درجة مئوية. يحدث هذا بسبب امتصاص الماء للعينة. عندما تنخفض الرطوبة النسبية بعد ذلك إلى 40%، يتبقى حمل متبقي يصل إلى 0.75%. إن سلوك الامتصاص والامتصاص هذا لقناع القماش في الدورات الخمس التي تم إجراؤها قابل للتكرار والانعكاس.
وبالمقارنة، يعرض الشكل 5 منحنى TGA الذي تم الحصول عليه لعينة قناع FFP2. مثل قناع القماش، تُظهر هذه المادة أيضًا زيادة في الكتلة بمجرد زيادة الرطوبة النسبية إلى 80% عند 32 درجة مئوية. ومع ذلك، فإن الزيادة في الكتلة أقل بكثير؛ فهي تبلغ حوالي 0.2% فقط. ويضمن تقليل محتوى الرطوبة النسبية إلى 40٪ التحرر الكامل للرطوبة الممتصة. وعلى النقيض من قناع القماش، لا يمكن اكتشاف الحمل المتبقي بوضوح لعينة قناع FFP 2. ونتيجة لذلك، حتى الزيادة في درجة الحرارة إلى 80 درجة مئوية لا تسبب أي تغيير كبير آخر في الكتلة.
الملخص
يوفر اقتران جهاز جوبيتر STA 449 F3 Jupiter® المجهز بفرن نحاسي بمولد رطوبة إمكانية الحصول على نظرة تفصيلية على التغير الكتلي لمجموعة واسعة من العينات كدالة لمستويات محتوى الرطوبة المتغيرة. أثناء ارتداء واقي الأنف الفموي، يتم تعريضه باستمرار للهواء التنفسي الرطب. ومن خلال دراسة التغير في الكتلة عند مستويات مختلفة من محتوى الرطوبة، يمكن استخلاص استنتاجات حول قدرة الامتصاص أو حمولة الرطوبة المتبقية لمواد القناع الفردية. تشير النتائج بوضوح إلى أن القناع القماشي يمتص كميات رطوبة أعلى بكثير من قناع FFP2 ويظهر حمولة متبقية بعد تقليل محتوى الرطوبة. يمكن تفسير الحمل المنخفض لقناع FFP2 من خلال الطبقات المختلفة وكذلك المواد المستخدمة في قناع FFP2. من الممكن أن يكون للطبقات الفردية خصائص مختلفة فيما يتعلق بتفاعلها مع الرطوبة. ومع ذلك، يتطلب هذا التوصيف مزيدًا من التحقيق.
تُظهر عينة القناع القماشي تغلغلًا أقوى للرطوبة التي لا تتحرر بالكامل إلا في درجات حرارة التخزين المرتفعة. وبالتالي فإن المعالجة الحرارية عند درجة حرارة 80 درجة مئوية تضمن التجفيف الكامل للقناع وتمنع أيضاً انتشار البكتيريا و/أو الفطريات داخل القماش.