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基于呼吸实境模拟的口罩防护效果影响因素研究

2019-05-31刘博羽沈国锋陶澍

生态环境学报 2019年4期
关键词:颗粒物口罩粒径

刘博羽,沈国锋,陶澍

北京大学城市与环境学院,北京 100871

细颗粒物(PM2.5)是指空气动力学当量直径≤2.5 μm的颗粒物,为空气污染的重要污染物之一。由于粒径较小,PM2.5及其携带的有毒有害物质可通过呼吸沉积在人体肺泡,甚至可经过肺换气到达其他器官,引起呼吸道疾病、肺癌、哮喘、阻塞性鼻炎和心血管疾病等,能够严重影响人群健康(孙兆彬等,2016;张新梅等,2016;Shi et al.,2017;Guan et al.,2018;Tian et al.,2018;江苏安等,2018)。全球疾病负担研究(Global Burden of Disease,GBD)指出,PM2.5在所有健康危险因素中位列第七(Forouzanfar et al.,2015),2015年全球因空气污染暴露而过早死亡的人数约420万(Landrigan et al.,2017)。

面对严峻的大气污染形势,中国政府在过去几年采取了一系列严格的控制措施并取得了一定成效,长三角、珠三角和京津冀等重点污染控制区域的空气污染指数呈现连年下降的趋势(于燕等,2019)。但是,目前中国大气环境中 PM2.5质量浓度水平仍相对较高。例如,2017年北京市环境状况公报指出,2017年全市环境空气中PM2.5的年均质量浓度为58 µg·m-3,尽管较2016年已下降20.5%,但全年仍有23 d发生重度污染。因此,公众针对大气污染采取防护措施仍然十分必要。

雾霾天气出现时,公众可采用的个体防护措施包括减少外出、开启空气净化器和佩戴口罩等(Laumbach et al.,2015)。当处于室外环境时,佩戴口罩为降低人群颗粒物暴露量的有效方法之一。口罩的颗粒物过滤效率对于其效果和人群健康的保护作用尤为重要。在中国,防雾霾口罩需要根据国家标准GB 2626—2006《呼吸防护用品——自吸过滤式防颗粒物呼吸器》中规定的自吸过滤式防颗粒物呼吸器的基本技术要求、检测方法和标识对其性能进行测试和评价。然而,尽管大多市售防雾霾口罩具有较高的实验室检测过滤效率,例如 KN95口罩的有效防护率≥95%,但实际使用时,口罩的防护效果受到诸多环境因素和佩戴者个人因素的影响,导致无法达到其实验室产品测试的最佳效果。

近年来,国内外学者对口罩的颗粒物过滤效率及其影响因素已展开部分研究。已有文献研究通常采用搭建模型(Eninger et al.,2008;Rengasamy et al.,2008;Cho et al.,2010a;Reza et al.,2011;彭明军等,2014;张先宝等,2015;Chen et al.,2016;Negovan et al.,2018)或招募志愿者佩戴口罩的方式(Coffey et al.,1999;Lee et al.,2005;Janssen et al.,2007;Lee et al.,2008;Oberg et al.,2008;Cho et al.,2010b)进行实验,主要关注口罩类型、大气环境颗粒物的粒径和质量浓度、空气相对湿度、佩戴者的面部特征、呼吸流量及频率等因素对口罩防护效果的影响。模型实验的主要概括性结论包括,(1)口罩类型对其颗粒物过滤效率具有显著影响(Balazy et al.,2006;饶敏虹,2011;张先宝等,2015;王旭等,2016)。一般认为口罩纤维细度越细,滤料的表面积越大,纤维分布越均匀,过滤效果越好(饶敏虹,2011)。(2)空气相对湿度能够影响口罩的防护效果,但影响程度与口罩形状和材质等有关(Mostofi et al.,2011;Reza et al.,2011;Ramirez et al.,2016;丁文彬等,2018)。一般地,空气相对湿度越大,纳米级颗粒物的穿透率越大,而微米级颗粒物的穿透率则无显著变化(Reza et al.,2011)。这可能是由于高相对湿度减少了口罩纤维滤网的静电电荷,导致纳米级颗粒物的穿透率增大(Mostofi et al.,2011)。(3)佩戴者的呼吸流量和频率对口罩过滤效率有显著影响(Eninger et al.,2008;Eshbaugh et al.,2009;He et al.,2013;王旭等,2016)。随着呼吸流量的增长,颗粒物对口罩的穿透率显著升高,口罩的吸气阻力增大,保护作用降低(王昕妍等,2015);呼吸频率也对口罩的颗粒物过滤效率具有显著影响,但呼吸流量的影响比呼吸频率更为显著(Mahdavi;2013;Wang et al.,2016)。

现有文献研究为了解口罩的防护效果及其主要影响因素等提供了重要的实验依据。然而,总体而言,有关这方面的基础研究数据还相对较少,且多数文献研究使用NaCl等合成气溶胶模拟大气颗粒物,在实验室条件下进行测试。当参照相关标准(如GB 2626—2006)规定的检测方法对口罩进行评估时,由于没有考虑实际环境中其他因素的影响效果,实验室产品测试结果无法准确地反映口罩的实际颗粒物过滤效率。此外,文献研究中通常使用恒定气流以简化人体呼吸过程,未能考虑人体呼吸时循环流对口罩防护效果的可能影响。Zhang et al.(2018)用小鼠实验比较了持续性甲醛暴露(Constant Exposure,24 h 0.4×10-6)和间歇性暴露(Intermittent Exposure,12 h 0.8×10-6和12 h 0×10-6)的氧化应激等生物指标,发现间歇性暴露能够造成更大的健康危害。因此,本研究在北京市海淀区真实大气环境中进行人体呼吸模拟实验,旨在研究大气颗粒物粒径、口罩类型、大气环境PM2.5质量浓度和呼气相对湿度 4个因素对口罩防护作用的影响。必须指出的是,市场上的口罩类型多样,各种口罩的性能测试和比较不是本研究的目的,因此我们仅选择有代表性的两类口罩(锥形静电棉层口罩和折叠型纱布口罩)作为研究对象。

1 材料与方法

1.1 测试口罩

本研究选择两类不同的口罩进行测试:A锥形静电棉层口罩;B折叠型纱布口罩。两款口罩的外观及材质简介见表1。其中,锥形静电棉层口罩为防雾霾口罩,产品说明指出其符合中国GB 2626—2006标准,属于KN95级别,即对于0.075 μm以上非油性颗粒物的过滤效率必须大于95%。

表1 实验用口罩详细信息Table 1 Information of two tested facepiece respirators

1.2 实验仪器

粒子计数器(DT-9880,深圳华盛昌机械实业有限公司);微型泵(FZB 8682,成都气海机电制造有限公司);玻璃转子流量计(250-2500 L·H-1,上海微况测控技术有限公司);两路循环定时器(ECY-4B-2R,南京英雷科电子技术有限公司);数字温湿度记录仪(WTH0T1-2-0.5,福州望云山信息科技有限公司)。

1.3 呼吸模拟装置

为更好地模拟人体呼吸实际情景,利用两路循环定时器控制两个微型泵交替工作用以模拟人体呼吸过程。模型实验所用装置原理如图 1。为采集口罩腔内呼吸区域的气体,在头模的下巴部位开1个直径为5 mm的小圆孔,将采样管从孔中伸入口罩使得口罩内的管长约为0.5 mm。模型的呼气口与抽取气体样本的采样管管口相隔一定距离,为呼气和吸气的充分混合提供足够的空间。

图1 模型实验装置原理图Fig. 1 Schematic diagram of the breathing simulation setting

基于张国北方典型地区居民的平均呼吸参数设定呼吸流量和频率(王贝贝等,2010),实验中将呼吸周期设置为3 s(呼吸气各占1.5 s),通过玻璃转子流量计调节气体流量恒为24 L·min-1(人体的中度呼吸强度)。将口罩佩戴在人体头模上模拟真实佩戴时口罩的密封性。每次佩戴顺序随机,每种口罩重复佩戴3次。使用粒子计数器和数字温湿度记录仪同步测定口罩内外颗粒物数量、温度及相对湿度。每次实验均使用全新未开封的口罩,实验前逐一检查口罩的气密性,避免口罩泄露对结果造成的影响。实验前测定过滤环境气体的微型泵滤膜的过滤效率。结果显示在通过滤膜后,气体中各粒径(0.3-10 μm)颗粒物数量的读数为0或很低,说明所用滤膜可有效阻挡颗粒物,可满足实验设计要求。

1.4 口罩效果外场测试

实验时间集中于2017-2018年冬季供暖阶段。实验地点为北京市海淀区北京大学逸夫二楼楼顶天台,四周开阔,周围无遮挡。为探究不同污染水平下口罩的防护效果,本研究在不同大气PM2.5质量浓度下对口罩的过滤效率进行测试。有效实验天数为15 d,实验日大气PM2.5质量浓度水平为5-300 µg·m-3。

为保证室外测定数据的稳定性及可比性,实验前分别于0、15、30、45、60 min对单位体积大气中的颗粒物数量进行测定,相对稳定时进行实验。单次实验约持续 2 h,周期较短,可在一定程度上避免环境因素发生明显变化的可能性。实验进行过程中,操作者每隔30 min对单位体积大气中的颗粒物数量及温湿度进行测定,气象条件没有发生较大变化时继续实验。

粒子计数器的采样流量为2.83 L·min-1,工作模式为累加模式。考虑到一段时间后粒子计数器读数会存在一定程度的漂移,因此每次实验前后均对设备进行校零并记录。

1.5 湿度实验

为研究口罩的吸湿性,准备全新A、B类口罩各两个,检查其气密性和完整性,同时准备4个密封袋,预先做好标记,与口罩一一对应。湿度实验过程中,首先将口罩放在室内24 h,同步记录室内环境的温度和相对湿度,结束后将口罩放入对应的密封袋中称重(M);受试人(和外场测试为同一受试人)随机佩戴口罩,重复3次佩戴后立即将其装入袋中密封并称重(N);将口罩从密封袋中取出,于105 ℃下烘干2 h,在干燥器中恒定2 h后装入密封袋中称重(P)。每次称重3次取平均值。计算常温常湿条件下口罩的水分含量(M-P)以及口罩经佩戴后含有的水分量(N-P),分析供试口罩的吸湿性。

为探究呼气相对湿度对口罩颗粒物过滤效率的影响,参加测试的志愿者随机佩戴A、B两类口罩,使用粒子计数器和温湿度记录仪分别对口罩内外单位气体中含有的颗粒物数量、气体的温度和相对湿度连续测定15 min。

1.6 数据分析

本研究中口罩的颗粒物过滤效率根据口罩内外单位体积气体中含有的颗粒物数量计算而得,未进行颗粒物数量-质量浓度转换。口罩的颗粒物过滤效率按下列公式计算:

式中,η为口罩的颗粒物过滤效率;Cout为单位体积环境大气中含有的颗粒物数量(ind·L-1);Cin为佩戴后口罩腔内单位气体中含有的颗粒物数量(ind·L-1)。

本研究运用MicrosoftTMExcel 2010(Microsoft Inc.)和 IBMTMSPSS Statistics 21(SPSS Inc.)进行数据的存储、管理和分析。在排除缺失数据组后得到的有效数据为216组。通过Shapiro-Wilk检验分析数据的概率分布;使用Friedman秩和检验比较口罩对不同粒径颗粒物过滤效率的大小;采用双因素方差分析分析口罩类型和环境 PM2.5质量浓度对过滤效率的影响,并采用 Bonferroni法对显著因素的不同水平均值进行多重比较,确定差异来源;采用Spearman法对口罩的过滤效率和呼气相对湿度进行相关性分析。P<0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果与讨论

2.1 颗粒物粒径、口罩类型对口罩过滤效率的影响

A类口罩对6个粒径颗粒物的过滤效率均值分别为73.4%、80.9%、83.5%、84.6%、86.5%和87.7%,B类口罩的颗粒物过滤效率均值分别为 70.3%、77.1%、79.9%、82.0%、85.2%和85.9%。Friedman秩和检验结果表明,对各类口罩,6个粒径颗粒物的去除率间均存在极显著的差异(A:χ2=223.543,P=2.588×10-46;B:χ2=214.396,P=2.356×10-44),这表明颗粒物粒径对口罩的颗粒物过滤效率具有显著影响。此外,A、B两类口罩的颗粒物过滤效率均呈现随颗粒物粒径(粒径范围:0.3-10 μm)变大而增加的趋势(图2),这与Oberg et al.(2008)在对医疗口罩的测试实验中得到的结果一致。Stevens et al.(1989)使用氯化钠(NaCl)和邻苯二甲酸二甲酯(DOP)气溶胶研究了不同类型防护口罩的颗粒物截留效率,结果同样显示,当颗粒物粒径大于0.3 μm时,口罩对颗粒物的过滤效率与其粒径呈正比。

图2 A、B两类口罩的颗粒物过滤效率比较Fig. 2 Comparison of the particle removal efficiencies of respirator A and B

不同粒径颗粒物过滤效率的差异与口罩的阻尘机理有关。一般认为,口罩拦截气溶胶颗粒的原理主要有布朗运动、拦截、惯性撞击、静电吸引和重力作用(饶敏虹,2011)。对于粒径≤0.1 μm的纳米级超细颗粒物,布朗运动是口罩截留颗粒物的主要作用机制,而粒径>0.3 μm的颗粒物则常因拦截和惯性效应的共同作用被捕集,且粒径越大,伴随的重力作用等越显著,捕集效果越好。对于粒径在0.3 μm左右的颗粒物,各种效应的过滤效果均不尽理想,因此过滤效率相对较低。不同于0.3 μm颗粒物的是,粗颗粒物被口罩过滤介质拦截后会堵塞口罩材料表面的孔隙,从而进一步阻止粗颗粒物进入口罩,得到较高的过滤效率。对于大多数高效和超高效空气滤料或滤纸,其最易穿透粒径(Most Penetrating Particle Size,MPPS)在 0.1-0.3 μm 之间(Stevens et al.,1989;Martin et al.,2000;Balazy et al.,2006;Huang et al.,2007;Eninger et al.,2008;Rengasamy et al.,2008;Eshbaugh et al.,2009;Rengasamy et al.,2009)。

对于粒径为0.3 μm和0.5 μm的颗粒物,A、B两类口罩的过滤效率具有显著差异;对于其余4个粒径的颗粒物,二者不存在显著差异(表2)。一些研究指出,颗粒物泄露的途径包括两种,其一为直接穿过口罩过滤介质进入口罩腔内,其二为通过口罩侧面泄露点进入口罩(Grinshpun et al.,2009;Shaffer et al.,2009)。A类口罩为专业防雾霾口罩,佩戴时可通过调整鼻夹保证口罩的气密性,且口罩的形状在设计上也贴合人体面部特征,能够有效降低颗粒物侧面泄漏的可能性,因此0.3 μm和0.5 μm颗粒物主要通过途径一进入A类口罩。A类口罩的过滤介质由内外两层无纺布和中间一层静电棉层组成,能够有效吸附和过滤空气中的PM2.5等污染物,符合国家GB 2626—2006标准的KN95级别,因此具有相对较高的过滤效率。B类口罩虽也有鼻夹设计,但鼻夹材料并不具有良好的可塑性,调整后口罩与佩戴者面部间仍存在较大空隙,且口罩为折叠型,佩戴后有多处泄露点。细小的颗粒物会优先从泄漏点(阻力小)直接进入口罩内部(Zaripov et al.,2016),因此0.3 μm和0.5 μm颗粒物主要通过途径二进入B类口罩,导致其过滤效率显著低于A类口罩。较粗颗粒物进入口罩腔内的途径主要为穿透口罩的过滤介质,且大部分粗颗粒物能够被口罩的过滤介质捕集(Zaripov et al.,2016)。B类口罩由4层过滤布组成,包括两层100%全棉纱布、一层熔喷布滤料和一层热风布滤料,全棉纱布辅助过滤0.5 μm颗粒物,熔喷布能够有效过滤苯、细菌、病毒及更小的灰尘,而热风布则被用于过滤毒、汽车尾气和二手烟等污染物,与A类口罩过滤介质的性质差异较小,因此A、B两类口罩对1.0-10 μm颗粒物的过滤效率没有显著差异。

表2 方差分析统计量Table 2 Statistics of ANOVA

Stevens et al.(1989)基于人体模型进行实验,得到KN95口罩对0.75 μm颗粒物的过滤效率约为99.5%;张先宝等(2015)在室外大气环境中对KN95和KN90口罩进行研究时也发现其过滤效率最高能够达到98.6%,均远高于本研究的实验结果。这是由于Stevens et al.(1989)以及张先宝等(2015)在实验中将口罩与检测装置进行了很好的密封处理,避免了颗粒物的侧面泄露,使其只能通过过滤介质进入口罩,因此口罩对颗粒物的过滤效率相对较高。同样地,本研究中A类口罩的测试结果显著低于国家质量监督检验和检疫局、国家标准化管理委员会公布的呼吸防护用品GB 2626—2006标准中规定的KN95级别口罩的颗粒物过滤效率,即该类口罩对于 0.075 μm以上非油性颗粒物的过滤效率均未达到其规定值95%,这说明实验室产品检测结果无法准确地反映口罩的实际颗粒物过滤效率。此外,一些研究发现,当呼吸流速为15 L·min-1时,纱布口罩的过滤效率仅在28.4%左右(夏婵,2014;王旭等,2016;叶芳,2016),显著低于本实验得到的结果。这其中的原因可能是纱布口罩材质存在不同。前述文献研究使用的普通纱布口罩属于低阻低效滤料,其功能为防寒保暖,对颗粒物的滤除主要依靠机械作用,能够去除较大颗粒物,但不能有效阻挡细颗粒物和亚微米颗粒物等;此外,这类纱布口罩在测试时可能会出现“倒置”现象,即口罩内附有的少量棉絮状物质在抽气泵抽力的作用下被吸出,导致测得的过滤效率极低(张先宝等,2015)。

2.2 大气PM2.5污染程度对口罩过滤效率的影响

A和B两类口罩对0.3 μm颗粒物的过滤效率均与环境 PM2.5质量浓度呈显著负相关(A:r=-8.710×10-1,P=2.320×10-5;B:r=-9.110×10-1,P=2.400×10-6)。A 类口罩对粒径为 1.0 μm 和 2.5 μm颗粒物的过滤效率与环境 PM2.5质量浓度呈显著正相关关系(1.0 μm:r=6.820×10-1,P=5.090×10-3;2.5 μm:r=7.360×10-1,P=1.770×10-3)。

如图3a所示,在大气环境PM2.5质量浓度较低时(介于 1-50 μg·m-3),两类口罩对 0.3 µm 颗粒物的过滤效率分别为85.6%和83.6%;当PM2.5质量浓度升高时,二者的过滤效率均逐渐降低,但B类口罩的降幅更大,二者过滤效率的差异逐渐增加,在环境PM2.5质量浓度高于250 μg·m-3时,B类口罩对0.3 µm颗粒物的过滤效率仅为37.5%。

0.3 µm颗粒物的泄漏量不仅取决于口罩过滤介质的性能,而且依赖于口罩面部泄露点的大小(Zaripov et al.,2016)。本研究中,0.3 µm颗粒物进入A、B两类口罩的途径不同,前者主要通过口罩过滤介质进入口罩腔内,后者主要通过口罩的侧面泄露点进入口罩。理论上,PM2.5暴露浓度升高时,A类口罩对0.3 µm颗粒物的过滤效率应呈现上升趋势。这是由于实验期间,高PM2.5质量浓度暴露通常伴随环境 PM10质量浓度的升高,大量粗颗粒物能够堵塞口罩过滤介质的孔隙,使得0.3 µm颗粒物对口罩的穿透率降低。然而,如图 3a蓝色趋势线所示,A类口罩对0.3 μm颗粒物的过滤效率与环境 PM2.5质量浓度呈显著的负相关关系,这可能与某些气象条件有关,特别是大气相对湿度。刘飞等(2017)研究了空气相对湿度对口罩过滤性能的影响,结果表明,在同一风速下,气流相对湿度的增加能够使口罩对粒径为 1.0 μm以下颗粒物的过滤效率显著降低,而对1.0 μm以上颗粒物的过滤效率没有影响。北京地区雾霾天气出现的气象条件包括高相对湿度、低风速等,且相对湿度与 PM2.5质量浓度呈显著正相关(王琪等,2014;周一敏等,2017)。在本研究外场测试15个实验日中,大气相对湿度变化范围为11.3%-64.9%,因此A类口罩对0.3 μm颗粒物的过滤效率与大气PM2.5质量浓度出现与理论相反的变化趋势可能与空气相对湿度的影响有关,且这一影响随大气环境 PM2.5质量浓度的升高而逐渐增强。对于B类口罩,0.3 μm颗粒物过滤效率与大气PM2.5质量浓度呈显著负相关关系。这主要是由于,一方面大量粗颗粒物能够堵塞口罩过滤介质的孔隙,较大的吸气阻力导致口罩侧面泄露的气流量增加,使主要依赖口罩面部泄露点进入口罩的0.3 µm颗粒物数量有所增加;另一方面环境较高的细颗粒物质量浓度同样使得通过侧面泄露点进入口罩的0.3 µm颗粒物数量在较低PM2.5质量浓度暴露时显著升高,这两种作用共同导致了B类口罩对颗粒物的过滤效率出现降低趋势。

对于粒径介于1.0-2.5 μm的颗粒物,由于A类口罩佩戴后气密性较好,因此颗粒物同样主要通过口罩的过滤介质进入其内部。口罩对这部分颗粒物的捕集方式主要为拦截和惯性效应的共同作用,捕集效果较好(饶敏虹,2011)。此外,高质量浓度粗颗粒物在口罩表面形成的颗粒物层同样能够提高口罩的阻尘效果,且这一效果随着粗颗粒物质量浓度的升高逐渐增强,因此A类口罩对 1.0 μm和2.5 μm颗粒物的过滤效率呈上升趋势(图3c和3d)。王旭等(2016)在研究中也观察到类似结果。对于粒径为5.0 μm和10 μm的粗颗粒物,A、B两类口罩的过滤效率均与环境PM2.5质量浓度无显著相关关系(图3e和 3f)。粗颗粒物进入口罩内部的途径主要为穿透口罩的过滤介质,且大部分粗颗粒物能够被口罩的过滤介质所捕集(Zaripov et al.,2016)。实验中,A和B两类口罩对粗颗粒物的过滤效果均已较好,过滤效率均值在 85.2%-87.7%之间(图 2),因此环境 PM2.5质量浓度的升高不会使口罩对粗颗粒物的过滤效率出现显著增长的趋势。

图3 A、B两类口罩对颗粒物的过滤效率与环境PM2.5质量浓度关系Fig. 3 Relationship between mass concentration of ambient PM2.5 and particle removal efficiency for respirator A and B

2.3 呼气相对湿度对口罩过滤效率的影响

佩戴 15 min口罩腔内呼气相对湿度的变化范围为53.6%-76.0%RH,且口罩腔内气体的相对湿度随持续佩戴时间的增加呈上升趋势。Spearman相关性分析结果表明,A、B两类口罩对6个粒径颗粒物的过滤效率与人体呼气相对湿度之间均不存在显著的相关关系(表3)。这与Ramirez et al.(2016)得到的研究结论相吻合,即相对湿度的增加能够导致口罩呼吸阻力的显著提升,但不会影响大部分粒径颗粒物对口罩的穿透率。

佩戴一段时间后,A、B两类口罩的水汽含量变化(N-M)均较小,分别为 0.80%和 0.07%,B类口罩略微大于A类口罩。B类口罩相对较强的吸湿性主要是因为其内外层均为 100%全棉纱布,外层有阻水作用,用于防止飞沫进入口罩,内层则用以吸湿,因而随着佩戴时间的增长,口罩的含水量变化比较明显(叶芳,2016;马铭远等,2014)。

表3 Spearman相关性分析统计量Table 3 Statistics of Spearman correlation analysis

然而,这一实验现象并不能准确反映大气相对湿度与口罩过滤效率之间的关系。在本研究湿度实验中,尽管随着持续佩戴时间的延长,口罩腔内气体的相对湿度由 53.6% 增长至76.0% ,但其变化率仅为41.8%,远低于本研究外场测试15个实验日大气相对湿度的变化率(474.3%),因此不能据此简单得到大气相对湿度对口罩的过滤效率没有显著影响的结论。

此外,在呼吸实境模拟实验中,A和B两类测试口罩均为全新未开封口罩。因此,尽管实验中 B类口罩的颗粒物过滤效率仅略低于专业防雾霾A类口罩(图2),但在实际生活中,人体呼气含有的高含量水汽会大大增加B类口罩的呼吸阻力,从而使得侧面泄露的影响加大,造成实际过滤效率降低。

考虑到不同人群的呼吸速率等因素存在差别,未来有必要针对不同类型人群进行防护口罩过滤效率的研究,进而完善实验研究体系,加深对口罩防护效果的全面客观的了解,为降低颗粒物污染暴露和危害提供更多实证依据。

3 结论

(1)颗粒物粒径对锥型静电棉层口罩和折叠型纱布口罩的过滤效率均具有显著影响,且过滤效率均呈现随颗粒物粒径变大而增加的趋势。

(2)锥型静电棉层口罩和折叠型纱布口罩对0.3 μm和0.5 μm颗粒物的过滤效率具有显著差异;对于其余四个粒径的颗粒物,二者不存在显著差异。

(3)锥型静电棉层口罩和折叠型纱布口罩对0.3 μm 颗粒物的过滤效率均与环境 PM2.5质量浓度呈显著负相关;锥型静电棉层口罩对1.0 μm和2.5 μm颗粒物的过滤效率与环境PM2.5质量浓度呈显著正相关关系。

(4)锥型静电棉层口罩和折叠型纱布口罩对6个粒径颗粒物的过滤效率与人体呼气相对湿度之间均不存在显著的相关关系。

致谢:感谢韵潇、朱熙、张雯逍、孟文君、陆曾希、王巍、杜伟、邱有为、任雨昂、彭彬等学生志愿者在本研究采样、数据分析和文章写作中给予的帮助。

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