马 玲，黄杨，沈悦明

（上海市质量监督检验技术研究院，上海 200040）

0 引言

随着新冠疫情的出现，口罩成为人们日常生活和工作中随身佩戴的防护用品。口罩的过滤等级越高，说明其过滤效果越好。然而，在保证口罩具有较好过滤效果的同时，还要注意使其具有比较好的通气阻力，这样人们佩戴此类口罩的时候才会感觉舒适，因而对口罩死腔性能的测试就显得尤其重要。死腔是指呼出的二氧化碳被再次吸入呼吸道内，不能参与气体交换的体积。因此，死腔性能差，可能导致被吸入的二氧化碳气体浓度高，产生呼吸不顺，甚至窒息的危险[1]。

口罩作为一种简单的面罩，按结构可分为随弃式面罩、可更换式半面罩和全面罩，人们日常佩戴的口罩大多数属于随弃式面罩。为了研究二氧化碳的供气流速对口罩死腔性能的影响，本文主要对在不同的二氧化碳供气流速下死腔的测试结果进行分析。

1 试验

1.1 测试原理

参照GB 2626—2019《呼吸防护 自吸过滤式防颗粒物呼吸器》（以下简称GB 2626）6.9条款中的死腔要求进行，所用口罩死腔测试仪详见图1。通过计算吸入二氧化碳的体积分数与环境中二氧化碳的体积分数的差值，评估呼吸系统的使用安全性。

图1 口罩死腔测试仪

测试时，实验室温度需控制在16～32 ℃，呼吸模拟器的呼吸频率和潮气量分别设定为20 次/min和1.5 L，保持室内通风，并使得检测环境中二氧化碳的体积分数≤0.1%，同时注意环境中二氧化碳含量的检测点应在被测样品的正前方约1 m 处。检测时，在测试样品的侧面放置一个小风扇，以保证气流在面罩面前产生的流速为0.5 m/s。打开仪器，同时设置好二氧化碳的供气流速，以密闭的方式在头模上戴好口罩，连续检测吸入二氧化碳气体和环境中的二氧化碳体积分数，直至稳定。当环境中的二氧化碳体积分数≤0.1%时，测试才是有效的[2-3]。结果用吸入气体中的二氧化碳体积分数减去检测环境中的二氧化碳体积分数的差值表示[4]。一般随弃式面罩测试时，3个样品各测试1次，而全面罩和半面罩均采取每个样品测试3 次的方法，并取3 个测试值的平均值为测试结果。当二氧化碳的测试结果小于1%，结果才是合格的[5]。

1.2 试样

GB 2626 适用于过滤式口罩，且将口罩的过滤级别分为KN90、KN95、KN100。因此，试验选用的口罩为3M KN95、3M KN90、3M KN100 3种类别，均为随弃式半面罩。对每个口罩的死腔均测试3次，结果取平均值。

1.3 供气流速

GB 2626 标准中未明确规定合适的供气流速，因此在允许的供气流速范围内，对随弃式半面罩3M KN95、3M KN90 和3M KN100 口罩的死腔进行测试时，将供气流速分别设置为4.0、3.5、3.0、2.5、2.0、1.8、1.5、1.2、1.0、0.8 mm/s。

2 结果与讨论

2.1 供气流速对随弃式半面罩口罩死腔测试结果的影响

供气流速对三类规格的随弃式半面罩口罩死腔的测试结果详见表1～表3。

表1 不同供气流速对随弃式半面罩3M KN95口罩死腔测试结果的影响

表2 不同供气流速对随弃式半面罩3M KN90口罩死腔测试结果的影响

表3 不同供气流速对随弃式半面罩3M KN100口罩死腔测试结果的影响

由表1可知，供气流速对3M KN95口罩死腔的测试结果影响较大：随着供气流速的增加，死腔的测试结果变大；供气流速较大的时候，死腔的测试结果差异性较大，且死腔的测试结果随着供气流速的减小逐渐趋于稳定。当供气流速为4.0 mm/s时，死腔测试结果为4.657%，变异系数为43.189%；当供气流速为0.8 mm/s 时，死腔的测试结果为0.833%，变异系数仅为0.263%。这说明供气流速越大，死腔的测试结果越不稳定，存在的差异性较大；当调低供气流速至较小值后，结果趋于稳定，存在的差异性也较小。可见，供气流速越小，死腔测试结果曲线越趋于稳定。

由表2可知，供气流速对3M KN90口罩死腔的测试结果影响也较大，且死腔的测试结果随着供气流速的减小而逐渐趋于稳定。当供气流速为4.0 mm/s时，死腔测试结果为4.564%，变异系数为43.447%；当供气流速为0.8 mm/s 时，死腔测试结果为0.733%，变异系数仅为0.430%。可见，供气流速越小，死腔测试结果曲线越趋于稳定。

由表3 可知，供气流速对3M KN100 口罩死腔测试结果的影响同样较大：供气流速大，死腔的测试结果大，供气流速减小，死腔的测试结果小；供气流速较大时，同一试样死腔的测试结果存在的差异性也较大，随着供气流速的减小，死腔的测试结果逐渐趋于稳定。当供气流速为4.0 mm/s时，死腔测试结果为3.311%，变异系数为29.416%；当供气流速为0.8 mm/s 时，死腔测试结果为0.580%，变异系数仅为0.460%。

由此可见，供气流速对三类口罩死腔测试结果的影响非常相似，即：供气流速大，死腔测试结果大，且3 次所测结果存在的差异性也大；当供气流速较小时，死腔测试结果变小，且逐渐趋于稳定。

2.2 实验室的比对

由于国家强制性标准GB 2626 对死腔测试结果的修约没有具体规定，因此不同实验室之间对死腔测试结果的可能修约数值不同。表4列出了4家实验室对三类口罩死腔测试的结果，其中4#为本实验室所测结果。

表4 实验室间口罩死腔测试结果比对 %

由表4 可知：4 家实验室对口罩死腔测试的结果差异不大。当供气流速设置过大时，所得测试结果存在较大的差异，因而不具可比性。因此，为了获得稳定的测试结果，在供气流速的设置对死腔测试结果影响较大的前提下，在测试过程中应适当降低供气流速。

经过比对测试，4家实验室一致认为，将供气流速设置为0.8～1.0 mm/s较为合理。

3 结论

（1）供气流速对不同过滤类型的口罩死腔测试结果的影响较大，因此设置合适的供气流速对测试结果非常重要。降低供气流速可使测试结果逐渐趋于稳定，将供气流速设置为0.8 mm/s时可获得稳定的测试结果。不同的设备需要对供气流速进行调试，以保证实验结果的准确性。

（2）供气流速增大，使得二氧化碳气体分布不匀，尤其是排出速率可能低于供气速率，会导致测试结果偏高；供气流速降低，能够使二氧化碳气体充分排出，避免管道内的二氧化碳气体影响最终试验结果，提高试验结果的均匀性与准确性。

（3）由于国家强制标准GB 2626 中没有对供气流速有着具体规定，当测试所用仪器设备不同时，应在测试前进行相关调试。