Johdanto
SARS-CoV-2 Corona -viruksen maailmanlaajuisen leviämisen jälkeen suu-nenäsuojauksesta on tullut osa jokapäiväistä elämäämme. Aluksi jokapäiväisessä elämässä käytettiin kaulaliinoja, huiveja ja kangasnaamareita, mutta viruksen nopean leviämisen vuoksi ne korvattiin lääketieteellisillä naamareilla, kuten kirurgisilla tai FFP2-naamareilla. Kun suu-nenäsuojus on laitettu päälle, se on jatkuvasti käyttäjän sisään- ja uloshengitysvirtauksissa. Erityisesti uloshengityksen hengitysvirta on lähes kylläinen, ja sen kosteus on 98 prosenttia uloshengityksen aikana [1]. Tämän seurauksena maskin materiaali kostuu jatkuvasti, mikä heikentää suodattimen toimintaa. Lisäksi kostea ympäristö edistää haitallisten bakteerien ja sienten lisääntymistä suodatinmateriaalin sisällä ja voi johtaa hengitystieinfektiosairauksiin maskin käyttäjillä [2].
Seuraavassa tutkitaan suu-nenäsuojuksen kosteuden imeytymisen kvantifiointia käytetyn materiaalin funktiona ja Saksan lakisääteisen tapaturmavakuutuksen [3] mukaisen puolinaamarien suositellun käyttöajan mukaisesti. Tätä varten valmistettiin näyte sekä kankaasta että FFP2-maskista. Kun naamari vaihdetaan kankaasta FFP2-naamariin, sen rakenne muuttuu yksikerroksisesta puuvillakankaasta monikerroksiseksi fleeceksi. Termogravimetristen mittausten avulla eri suhteellisilla kosteuspitoisuustasoilla karakterisoidaan eri maskityyppien mahdollista kosteuden imeytymistä.
Mittausolosuhteet
Tutkimuksia varten STA 449 F3 Jupiter® jossa oli kupariuuni, kytkettiin MHG 100 -kosteusgeneraattoriin. Yksittäisistä maskimateriaaleista valmistettiin näytteitä (10 mm x 10 mm) keskiosasta (kuva 1) ja asetettiin Pt/Ir-verkkoon (kuva 2) massanmuutosten määrittämistä varten. Tämän näytetuen avulla voidaan suorittaa termogravimetriset mittaukset STA:ssa. Endo- ja eksotermisiä vaikutuksia ei kirjata. Lisäksi näytteet suunnattiin siten, että maskin sisäpuoli oli kosteusvirtaukseen päin, jotta jäljiteltäisiin niiden todellisia käyttöolosuhteita.
Yksityiskohtaiset mittausolosuhteet on lueteltu taulukossa 1.
Lämpötilaohjelma laadittiin Münsterin ammattikorkeakoulun FFP2-maskien uudelleenkäytettävyyttä koskevien tutkimusten mukaisesti. Mittausohjelmaan kuului 5 sykliä taulukossa 2 esitetyllä lämpötilaohjelmalla.
Taulukko 1: Mittausolosuhteet
| Parametri | Kangas Maski | FFP2 Maski |
| Näytteen massa | 16.313 mg | 19.921 mg |
| Uuni | Kupari | |
| Näytteen pidike | TG-näytteenotin, Pt/Ir 10 net | |
| Kaasuilmakehä | Typpi | |
| Kaasun virtausnopeus | 20 ml/min | |
| Lisävaruste | MHG kosteusgeneraattori | |
Taulukko 2: Lämpötilaohjelma ja mittausten kosteussäätö
Mittaus segmentit | Lämpötila | Suhteellinen kosteus | Aika |
1 | 32°C | 40% | 60 min |
2 | 32°C | 90% | 60 min |
3 | 32°C | 40% | 60 min |
4 | 32°C → 80°C (10 K/min) | 40% → 2.6% | - |
5 | 80°C | 2.6% | 60 min |
6 | 80°C → 32°C (10 K/min) | 2,6 % → 40 % | - |
Mittaustulokset
Kuvassa 3 esitetään TGA-käyrät, jotka on saatu lämpötilan ja suhteellisen kosteuden funktiona sekä kangas- että FFP2-naamioiden näytteistä. Molempien näytteiden massa kasvaa suhteellisen kosteuden kasvaessa, mutta kangasnäytteen (musta) massa kasvaa huomattavasti enemmän kuin FFP2-maskin (vihreä) massa kasvaa.
Kun kangasnaamionäytteen TGA-tuloksia (kuva 4) tarkastellaan yksityiskohtaisemmin, voidaan havaita keskimäärin 8 prosentin massan lisäys suhteellisen kosteuden noustua 40 prosentista 90 prosenttiin 32 °C:ssa. Tämä johtuu näytteen veden adsorptiosta. Kun suhteellinen kosteus tämän jälkeen lasketaan 40 prosenttiin, jäljelle jää jopa 0,75 prosentin jäännöskuormitus. Tämä kangasnaamion absorptio- ja desorptiokäyttäytyminen viiden suoritetun syklin aikana on toistettavissa ja palautettavissa.
Vertailun vuoksi kuvassa 5 esitetään FFP2-maskinäytteestä saatu TGA-käyrä. Kuten kangasmaski, myös tämä materiaali osoittaa massan kasvua heti, kun suhteellinen kosteus nostetaan 80 prosenttiin 32 °C:n lämpötilassa. Massan lisäys on kuitenkin huomattavasti pienempi, vain noin 0,2 %. Suhteellisen kosteuspitoisuuden alentaminen 40 prosenttiin varmistaa imeytyneen kosteuden täydellisen vapautumisen. Toisin kuin kangasmaski, FFP 2 -maskinäytteessä ei voida selvästi havaita jäännöskuormitusta. Näin ollen edes lämpötilan nostaminen 80 °C:seen ei aiheuta enää merkittävää massan muutosta.
Yhteenveto
STA 449:n kytkentä F3 Jupiter® joka on varustettu kupariuunilla ja kosteusgeneraattorilla, tarjoaa mahdollisuuden saada yksityiskohtaista tietoa erilaisten näytteiden massanmuutoksesta kosteuden vaihtelevan tason funktiona. Kun suu-nenäsuojusta käytetään, se on jatkuvasti alttiina kostealle hengitysilmalle. Tutkimalla massan muutosta eri kosteuspitoisuustasoilla voidaan tehdä johtopäätöksiä yksittäisten maskimateriaalien absorptiokyvystä tai jäännöskosteuskuormituksesta. Tulokset osoittavat selvästi, että kangasnaamari imee huomattavasti enemmän kosteutta kuin FFP2-naamari ja että siinä on jäännöskuormitusta sen jälkeen, kun kosteuspitoisuutta on vähennetty. FFP2-maskin alhainen kuormitus selittyy mahdollisesti FFP2-maskin eri kerroksilla ja käytetyillä materiaaleilla. On mahdollista, että yksittäisillä kerroksilla on erilaiset ominaisuudet kosteuden suhteen. Tämä luonnehdinta vaatii kuitenkin lisätutkimuksia.
Kangasnaamionäytteessä on havaittavissa voimakkaampi kosteuden tunkeutuminen, joka vapautuu kokonaisuudessaan vasta korkeammissa varastointilämpötiloissa. Näin ollen 80 °C:n lämpötilakäsittely varmistaa naamion täydellisen kuivumisen ja estää myös bakteerien ja/tai sienten leviämisen kankaan sisällä.