Giriş
SARS-CoV-2 corona virüsünün dünya çapında yayılmasından bu yana ağız-burun koruması günlük hayatımızın bir parçası haline geldi. Başlangıçta günlük hayatta bandanalar, eşarplar ve bez maskeler kullanılırken, virüsün hızla yayılması nedeniyle bunların yerini cerrahi veya FFP2 maskeler gibi tıbbi maskeler almıştır. Ağız-burun koruması bir kez takıldığında, sürekli olarak kullanıcının soluk alma ve verme solunum akışında bulunur. Özellikle ekshalasyon solunum akışı, ekshalasyon sırasında %98 nem oranıyla neredeyse doymuştur [1]. Sonuç olarak, maske malzemesi sürekli olarak nemlenir ve böylece filtre işlevi azalır. Ayrıca, nemli ortam filtre malzemesi içinde zararlı bakteri ve mantarların çoğalmasını teşvik eder ve maske kullanıcıları için bulaşıcı solunum yolu hastalıklarına yol açabilir [2].
Aşağıda, ağız-burun koruması için nem emiliminin ölçümü, kullanılan malzemenin bir fonksiyonu olarak ve Alman yasal kaza sigortası uyarınca yarım maskeler için önerilen kullanım süresini takiben incelenmiştir [3]. Bu amaçla, hem kumaş hem de FFP2 maskeden bir numune hazırlanmıştır. Kumaştan FFP2 maskelerine geçiş nedeniyle, yapı tek katmanlı pamuklu kumaştan çok katmanlı yapağıya dönüşmektedir. Değişken bağıl nem içeriği seviyelerinde termogravimetrik ölçümler yoluyla, farklı maske türlerinin olası nem emilimi karakterize edilmiştir.
Ölçüm Koşulları
İncelemeler için bir STA 449 F3 Jupiter® bakır fırın ile MHG 100 nem jeneratörüne bağlanmıştır. Her bir maske malzemesinden örnekler (10 mm x 10 mm) orta kısımdan (şekil 1) hazırlanmış ve kütle değişimlerinin belirlenmesi için Pt/Ir ağı (şekil 2) üzerine yerleştirilmiştir. Bu numune desteği sayesinde STA'da termogravimetrik ölçümler yapılabilmektedir. Endo- veEkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir. ekzotermal etkiler kaydedilmemiştir. Ayrıca, numuneler gerçek çalışma koşullarını taklit etmek için maskenin iç tarafı nem akışına bakacak şekilde hizalanmıştır.
Ayrıntılı ölçüm koşulları Tablo 1'de listelenmiştir.
Sıcaklık programı, Münster Uygulamalı Bilimler Üniversitesi'nin FFP2 maskelerinin yeniden kullanılabilirliği ile ilgili araştırmalarına uygun olarak oluşturulmuştur. Ölçüm programı, tablo 2'de gösterilen sıcaklık programının 5 döngüsünü içermiştir.
Tablo 1: Ölçüm koşulları
| Parametre | Bez Maske | FFP2 Maske |
| Örnek kütle | 16.313 mg | 19.921 mg |
| Fırın | Bakır | |
| Örnek tutucu | TG numune taşıyıcı, Pt/Ir 10 net | |
| Gaz atmosferi | Azot | |
| Gaz akış hızı | 20 ml/dak | |
| Aksesuar | MHG nem jeneratörü | |
Tablo 2: Ölçümlerin sıcaklık programı ve nem ayarı
Ölçme segmentler | Sıcaklık | Bağıl Nem | Zaman |
1 | 32°C | 40% | 60 dakika |
2 | 32°C | 90% | 60 dakika |
3 | 32°C | 40% | 60 dakika |
4 | 32°C → 80°C (10 K/dak) | 40% → 2.6% | - |
5 | 80°C | 2.6% | 60 dakika |
6 | 80°C → 32°C (10 K/dak) | 2,6 % → 40 % | - |
Ölçüm Sonuçları
Şekil 3'te hem kumaş hem de FFP2 maske numuneleri için sıcaklık ve bağıl nemin bir fonksiyonu olarak elde edilen TGA eğrileri gösterilmektedir. Her iki numune de artan bağıl neme bağlı olarak kütle artışı gösterirken, kumaş numunesi (siyah) için kütle artışı FFP2 maskesine (yeşil) göre önemli ölçüde daha yüksektir.
Kumaş maske numunesinin TGA sonuçlarına (şekil 4) daha detaylı bakıldığında, 32°C'de bağıl nemin %40'tan %90'a çıkmasının ardından ortalama %8'lik bir kütle artışı tespit edilebilmektedir. Bu, numunenin su adsorpsiyonundan kaynaklanmaktadır. Bağıl nem daha sonra %40'a düşürüldüğünde, %0,75'e varan bir artık yük kalmaktadır. Gerçekleştirilen 5 döngü için bez maskenin bu emilim ve desorpsiyon davranışı tekrarlanabilir ve tersine çevrilebilirdir.
Karşılaştırmalı olarak, Şekil 5'te FFP2 maske numunesi için elde edilen TGA eğrisi sunulmaktadır. Kumaş maske gibi, bu malzeme de bağıl nem 32°C'de %80'e çıkar çıkmaz bir kütle artışı göstermektedir. Bununla birlikte, kütle artışı önemli ölçüde daha düşüktür; sadece yaklaşık %0,2'dir. Bağıl nem içeriğinin %40'a düşürülmesi emilen nemin tamamen salınmasını sağlar. Kumaş maskenin aksine, FFP 2 maske numunesi için artık bir yük açıkça tespit edilememektedir. Sonuç olarak, 80°C'ye kadar sıcaklık artışı bile önemli bir kütle değişikliğine neden olmaz.
Özet
Bir STA'nın bağlanması 449 F3 Jupiter® bir nem jeneratörüne bakır fırın ile donatılmış olması, değişken nem içeriği seviyelerinin bir fonksiyonu olarak çok çeşitli numunelerin kütle değişimi hakkında ayrıntılı bilgi edinme imkanı sunmaktadır. Ağız-burun koruması takılıyken, sürekli olarak nemli solunum havasına maruz kalır. Farklı nem içeriği seviyelerinde kütle değişiminin araştırılmasıyla, münferit maske malzemelerinin emme kapasitesi veya kalan nem yükü hakkında sonuçlar çıkarılabilir. Sonuçlar, kumaş maskenin FFP2 maskeye göre önemli ölçüde daha yüksek miktarda nem emdiğini ve nem içeriği azaltıldıktan sonra artık bir yük gösterdiğini açıkça ortaya koymaktadır. FFP2 maskesinin düşük yükü muhtemelen farklı katmanların yanı sıra FFP2 maskesinde kullanılan malzemelerle de açıklanabilir. Tek tek katmanların nemle reaksiyonları açısından farklı özelliklere sahip olması mümkündür. Ancak bu karakterizasyon daha fazla araştırma gerektirmektedir.
Kumaş maske numunesi, yalnızca yüksek depolama sıcaklıklarında tamamen serbest kalan daha güçlü bir nem penetrasyonu göstermektedir. Bu nedenle 80°C'deki sıcaklık işlemi maskenin tamamen kurumasını sağlamakta ve ayrıca kumaş içinde bakteri ve/veya mantarların yayılmasını önlemektedir.