Введение

Прибор, предназначенный для защиты пользователя от вдыхания загрязняющих веществ. Респиратор – это устройство, предназначенное для защиты пользователя от вдыхания опасных сред, включая пары, газы и твердые частицы, такие как пыль, а также воздушно-передающиеся патогены, например, вирусы. Существуют две основные категории респираторов: респираторы, очищающие воздух, в которых пригодный для дыхания воздух получается путем фильтрации загрязненной атмосферы, и респираторы с принудительной подачей воздуха, в которых обеспечивается альтернативный источник воздуха, пригодного для дыхания. В каждой категории используются различные методы для снижения или устранения вредных веществ, содержащихся в воздухе. Респираторы, очищающие воздух, варьируются от относительно недорогих одноразовых масок, иногда называемых фильтрующими полумасками, до более прочных многоразовых моделей со сменными картриджами, называемых эластомерными респираторами. Респираторы с принудительной подачей воздуха (PAPR) используют насос или вентилятор для постоянной подачи воздуха через фильтр и подачи очищенного воздуха в маску, шлем или капюшон.

Физическая форма

Все респираторы имеют какой-то тип лицевой части, удерживаемой на голове пользователя ремнями, тканевой обвязкой или другим способом. Лицевые части бывают разных стилей и размеров, чтобы соответствовать различным формам лица. Различия в конструкции респираторов влияют на присвоенные коэффициенты защиты, то есть на степень защиты от конкретных видов опасностей. Респираторы могут иметь полумаски, закрывающие нижнюю половину лица, включая нос и рот, и полнолицевые маски, закрывающие все лицо. Полумаски эффективны только в средах, где загрязняющие вещества не токсичны для глаз или кожи лица. Например, человек, занимающийся распылительной покраской, может использовать полумаску, а человек, работающий с хлором, должен использовать полнолицевую маску. В аварийных респираторах может отсутствовать компонент, который обычно описывается как маска, и вместо этого может использоваться мундштук с зажимом для укуса и зажим для носа.

Использование

В широком спектре отраслей промышленности используются респираторы, включая здравоохранение и фармацевтику, оборону и службы общественной безопасности (оборона, пожарная охрана и правоохранительные органы), нефтегазовую промышленность, производство (автомобильную, химическую, металлообработку, пищевую и напитковую промышленность, деревообработку, целлюлозно-бумажную промышленность), горнодобывающую промышленность, строительство, сельское хозяйство и лесное хозяйство, производство цемента, энергетику, покраску, судостроение и текстильную промышленность. Для обеспечения надлежащей защиты необходимо обучать пользователей работе с респираторами.

Проверка печати пользователя

Каждый раз, когда пользователь надевает респиратор, он должен выполнить проверку герметичности, чтобы убедиться в плотном прилегании к лицу и отсутствии утечек воздуха по краям респиратора. (Респираторы с принудительной подачей воздуха (PAPR) могут не требовать этой проверки, поскольку они не всегда обеспечивают герметичное прилегание к лицу.) Эта проверка отличается от периодического тестирования на соответствие, которое проводится специально обученным персоналом с использованием соответствующего оборудования. Фильтрующие полумаски обычно проверяются путем прижатия рук к лицевой части при выдохе (проверка избыточного давления) или вдохе (проверка недостаточного давления) и наблюдения за возможными утечками воздуха вокруг лицевой части. Эластомерные респираторы проверяются аналогичным образом, но пользователь блокирует дыхательные пути, закрывая впускные клапаны (проверка недостаточного давления) или выдохные клапаны (проверка избыточного давления), и наблюдает за деформацией респиратора или утечкой воздуха. Производители используют различные методы проверки герметичности, поэтому пользователям следует ознакомиться с инструкциями для конкретной модели респиратора. Некоторые модели респираторов или фильтров оснащены специальными кнопками или другими механизмами, облегчающими проверку герметичности.

Контраст с хирургической маской

Хирургическая маска – это неплотно прилегающее, одноразовое устройство, создающее физический барьер между ртом и носом пользователя и потенциальными загрязнителями в непосредственной близости. При правильном ношении хирургическая маска предназначена для того, чтобы помогать блокировать крупные капли, брызги, распыления или разбрызгивания, которые могут содержать вирусы и бактерии. Хирургические маски также могут помочь снизить распространение слюны и респираторных выделений пользователя на других, особенно во время хирургических вмешательств. По своей конструкции, хирургическая маска не фильтрует и не блокирует очень мелкие частицы из воздуха, которые могут передаваться при кашле, чихании или определенных медицинских процедурах. Хирургические маски также не обеспечивают полной защиты от микробов и других загрязнителей из-за неплотного прилегания маски к лицу. Центры по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) рекомендуют использовать хирургические маски в процедурах, где возможно образование аэрозолей пользователем, если мелкие аэрозоли могут вызвать заболевание у пациента.

Хирургический N95

Некоторые респираторы N95 также одобрены Национальным институтом охраны труда и здоровья США (NIOSH) и Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США для использования в хирургии и маркируются как "хирургические N95", "медицинские респираторы" или "респираторы для медицинских работников". Они защищают пациента и окружающих от выдыхаемых носителем частиц (как хирургическая маска), а также защищают самого носителя от взвешенных в воздухе частиц и аэрозолей (как стандартный респиратор N95). В отличие от стандартного респиратора N95, "респираторы для медицинских работников", одобренные FDA, также обеспечивают защиту от струй или потоков биологических жидкостей под высоким давлением, например, крови. Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC) рекомендуют использовать респираторы с сертификацией не ниже N95 для защиты от вдыхания инфекционных частиц, включая Mycobacterium tuberculosis, птичий грипп, тяжелый острый респираторный синдром (SARS), пандемический грипп и вирус Эбола.

Дыхательные аппараты

Спасательные респираторы или дымовые капюшоны, такие как респираторы с фильтрацией воздуха для экстренной эвакуации, предназначены для использования населением в случае химических, биологических, радиологических и ядерных (CBRN) терактов. Американский национальный институт стандартов (ANSI) и Международная ассоциация средств индивидуальной защиты (ISEA) разработали американский национальный стандарт для дымозащитных устройств с фильтрацией воздуха, чтобы определить критерии испытаний и методы одобрения капюшонов для эвакуации из огня и дыма. Стандарт ANSI/ISEA 110 предоставляет рекомендации по проектированию производителям средств респираторной защиты для эвакуации из дыма (RPED) в виде требований к характеристикам и процедур испытаний. Стандарт охватывает сертификацию, регистрацию производителя по стандарту ISO, связанные с этим методы испытаний, маркировку, требования к подготовке образцов, независимый контроль процессов и качества, а также программы последующего контроля. Стандарт ANSI/ISEA 110 был разработан членами рабочей группы ISEA RPED в консультации с испытательными лабораториями и рассмотрен консенсусной группой, представляющей пользователей, специалистов по охране труда и технике безопасности и представителей государственных органов. Комиссия по безопасности потребительских товаров США использует стандарт ANSI/ISEA 110 в качестве эталона при тестировании противодымных масок.

Резисторные аппараты для очистки воздуха

Очищающие воздух респираторы – это респираторы, которые забирают окружающий воздух и очищают его перед тем, как он попадает в дыхательные пути (в отличие от изолирующих респираторов, которые являются герметичными системами, не имеющими входа воздуха, как, например, те, что используются под водой). Очищающие воздух респираторы применяются для защиты от твердых частиц, газов и паров при атмосферных концентрациях, не представляющих непосредственной опасности для жизни и здоровья. Они могут быть респираторами с отрицательным давлением, работающими за счет вдоха и выдоха пользователя, или респираторами с положительным давлением, такими как респираторы с принудительной подачей воздуха (PAPR). В очищающих воздух респираторах может использоваться один или оба вида фильтрации: механические фильтры задерживают твердые частицы, а химические картриджи удаляют газы, летучие органические соединения (ЛОС) и другие пары. Кроме того, очищающие воздух респираторы могут быть различных типов: фильтрующие полумаски состоят исключительно из одноразового механического фильтра; эластомерные респираторы многоразовые, но оснащены сменными фильтрами, прикрепляемыми к маске; а респираторы с принудительной подачей воздуха имеют вентилятор, работающий от аккумулятора, который обеспечивает прохождение воздушного потока через фильтры. Согласно логике выбора респираторов NIOSH, очищающие воздух респираторы рекомендуются при концентрациях опасных твердых частиц или газов, превышающих соответствующий предельно допустимый уровень воздействия на рабочем месте, но не достигающих уровня, представляющего непосредственную опасность для жизни и здоровья, и максимальной концентрации использования, указанной производителем, при условии, что респиратор имеет достаточный коэффициент защиты. Для веществ, опасных для глаз, рекомендуется использовать респиратор с полнолицевой маской, шлемом или капюшоном. Очищающие воздух респираторы неэффективны при тушении пожаров, в атмосфере с недостатком кислорода или в неизвестной атмосфере; в этих ситуациях рекомендуется использовать автономный дыхательный аппарат.

Механический фильтр

Механические фильтровые респираторы задерживают твердые частицы, такие как пыль, образующаяся при обработке дерева или металла, когда загрязненный воздух проходит через фильтрующий материал. Поскольку фильтры нельзя очищать и повторно использовать, и они имеют ограниченный срок службы, стоимость и возможность утилизации являются ключевыми факторами. Существуют одноразовые модели со сменными картриджами. Механические фильтры удаляют загрязнители из воздуха несколькими способами: перехватом, когда частицы, движущиеся по линии воздушного потока, оказываются на расстоянии вылета волокна и прилипают к нему; инерционным воздействием, когда более крупные частицы, не способные следовать за изгибами воздушного потока, внедряются непосредственно в волокно; этот эффект усиливается при уменьшении расстояния между волокнами и увеличении скорости воздушного потока; диффузией, когда молекулы газа сталкиваются с мельчайшими частицами, особенно диаметром менее 100 нм, что замедляет их движение через фильтр и повышает вероятность остановки одним из двух предыдущих механизмов; а также за счет использования электростатического заряда, который притягивает и удерживает частицы на поверхности фильтра. Существует множество различных стандартов фильтрации, которые различаются в зависимости от страны. В Соединенных Штатах Национальный институт охраны труда и безопасности (NIOSH) определяет категории фильтров для твердых частиц в соответствии с рейтингом фильтрации воздуха NIOSH. Наиболее распространенным является респиратор N95, который фильтрует не менее 95% частиц, находящихся в воздухе, но не устойчив к воздействию масел. Другие категории фильтруют 99% или 99,97% частиц или обладают различной степенью маслостойкости. В Европейском союзе европейский стандарт EN 143 определяет классы фильтров частиц "P", которые могут быть прикреплены к маске, а европейский стандарт EN 149 определяет классы "полумасок, фильтрующих" или "фильтрующих лицевых частей", обычно называемых масками FFP. По данным 3M, фильтрующие материалы в респираторах, изготовленных в соответствии со следующими стандартами, аналогичны американским N95 или европейским FFP2, однако конструкция самих респираторов, например, обеспечение плотного прилегания к лицу, значительно различается. (Например, респираторы, одобренные NIOSH в США, никогда не оснащаются петлями для ушей, поскольку они не обеспечивают достаточной поддержки для создания надежной герметичной посадки.) К этим стандартам относятся китайский KN95, австралийско-новозеландский P2, корейский 1-й класс, также известный как KF94, и японский DS.

Химический картридж

Химические картриджные респираторы используют картридж для удаления газов, летучих органических соединений (ЛОС) и других паров из воздуха, которым дышит человек, посредством адсорбции, абсорбции или химисорбции. Типичный картридж для органических паров представляет собой металлический или пластиковый корпус, содержащий от 25 до 40 граммов сорбционного материала, такого как активированный уголь или определенные смолы. Срок службы картриджа зависит от множества факторов, включая вес угля и молекулярную массу паров, сорбционный материал картриджа, концентрацию паров в атмосфере, относительную влажность атмосферы и частоту дыхания пользователя респиратора. Когда фильтрующие картриджи насыщаются или накопление частиц внутри них начинает ограничивать поток воздуха, их необходимо заменять. Если концентрация вредных газов представляет непосредственную опасность для жизни или здоровья, на рабочих местах, подпадающих под действие Закона об охране труда и технике безопасности, Управление по охране труда и технике безопасности США (OSHA) предписывает использовать респираторы с принудительной подачей воздуха, за исключением случаев, когда они предназначены исключительно для эвакуации во время аварийных ситуаций. NIOSH также не рекомендует их использование в подобных условиях.

Фильтровый элемент

Фильтрующие полумаски выбрасываются, когда они становятся непригодными для дальнейшего использования из-за соображений гигиены, повышенного сопротивления дыханию или физических повреждений. Обычно это простые, легкие, цельные полумаски, использующие первые три механизма фильтрации из вышеперечисленных для удаления частиц из воздушного потока. Наиболее распространенным типом являются белые одноразовые маски стандарта N95; другой тип – синие хирургические маски N95. Они утилизируются после однократного использования или через определенный период времени, в зависимости от типа загрязняющего вещества.

Эластомерные

Эластомерные респираторы многоразовые, поскольку лицевая часть очищается и используется повторно, а фильтрующие картриджи выбрасываются и заменяются, когда они становятся непригодными для дальнейшего использования. Согласно логике выбора респираторов NIOSH (NIOSH Respirator Selection Logic), подача воздуха рекомендуется при концентрациях опасных частиц или газов, превышающих уровень, представляющий непосредственную опасность для жизни и здоровья; когда требуемый коэффициент защиты превышает возможности респираторов, очищающих воздух; во время тушения пожаров (только автономные дыхательные аппараты); в атмосфере с недостатком кислорода; и в неизвестной атмосфере. Также это может привести к головным болям, дерматиту и акне.

Самые ранние записи до 19 века

История защитного респираторного оборудования восходит к первому веку, когда Плиний Старший (ок. 23 г. н.э. – 79 г. н.э.) описал использование шкур мочевого пузыря животных для защиты рабочих в римских шахтах от пыли красного свинцового сурика. В XVI веке Леонардо да Винчи предположил, что тонкотканая ткань, смоченная в воде, могла бы защитить моряков от токсичного оружия на основе пороха, которое он разработал. В 1785 году Жан Франсуа Пилатр де Розье изобрел респиратор. Александр фон Гумбольдт представил примитивный респиратор в 1799 году, работая горным инженером в Пруссии. Практически все респираторы начала XVIII века состояли из мешка, полностью накрывающего голову, закрепленного вокруг горла с окнами для обзора. Некоторые были резиновыми, другие изготовлены из резиновой ткани, а третьи – из пропитанной ткани, но в большинстве случаев носитель нес с собой баллон со сжатым воздухом или резервуар воздуха под небольшим давлением для обеспечения необходимого воздуха для дыхания. В некоторых устройствах были предусмотрены средства для адсорбции углекислого газа из выдыхаемого воздуха и повторного вдыхания этого же воздуха; в других случаях клапаны позволяли выдыхать использованный воздух. Джулиус Джеффрис впервые использовал слово "респиратор" для обозначения маски в 1836 году. Маска работала, улавливая влагу и тепло выдыхаемого воздуха в сетке из тонкой металлической проволоки. Вдыхаемый воздух затем нагревался и увлажнялся, проходя через ту же металлическую сетку, облегчая состояние людей с заболеваниями легких. Респиратор стал популярным и упоминался в литературе того времени, в том числе в произведениях Элизабет Гаскелл, Уильяма Теккерея и Чарльза Диккенса. В 1848 году Льюису П. Хаслетту был выдан первый патент США на воздухоочистительный респиратор для его «Защитника легких Хаслета», который фильтровал пыль из воздуха с помощью односторонних клапанов и фильтра из увлажненной шерсти или аналогичного пористого материала. За Хаслетом последовала длинная череда патентов на устройства для очистки воздуха, включая патенты на использование хлопковых волокон в качестве фильтрующей среды, на поглощение ядовитых паров углем и известью, а также на усовершенствования очков и очковой сборки. Хатсон Херд запатентовал чашеобразную маску в 1879 году, которая получила широкое распространение в промышленности, а компания H. S. Cover Company Херда продолжала работать в 1970-х годах. Среди европейских изобретателей был шотландский химик Джон Стенхаус, который исследовал способность древесного угля в различных формах улавливать и удерживать большие объемы газа. Он создал один из первых респираторов, способных удалять токсичные газы из воздуха, проложив путь для активированного угля, который стал наиболее широко используемым фильтром для респираторов. Ирландский физик Джон Тиндалл взял маску Стенхауса, добавил фильтр из ваты, пропитанной известью, глицерином и древесным углем, и в 1871 году изобрел «респиратор пожарного» – капюшон, фильтрующий дым и газ из воздуха, который он продемонстрировал на заседании Королевского общества в Лондоне в 1874 году. Также в 1874 году Сэмюэл Бартон запатентовал устройство, которое «позволяло дышать в местах, где атмосфера насыщена вредными газами, парами, дымом или другими примесями». Немецкий изобретатель Бернхард Лёб запатентовал несколько изобретений для «очистки загрязненного или испорченного воздуха» и в числе своих клиентов считал пожарную службу Бруклина. Предшественником N95 была разработка доктора Лянь Тэ Ву, работавшего при китайском императорском дворе осенью 1910 года, которая впервые обеспечила защиту пользователей от бактерий в эмпирических испытаниях. Последующие респираторы были многоразовыми, но громоздкими и неудобными. В 1970-х годах Бюро по горному делу и NIOSH разработали стандарты для одноразовых респираторов, а первый респиратор N95 был разработан компанией 3M и одобрен в 1972 году.

Первая мировая война

Первое задокументированное реагирование и защита от химических атак с использованием респираторов произошло во время Второй битвы при Ипре на Западном фронте в Первой мировой войне. Это был первый случай, когда Германия применила химическое оружие в крупном масштабе, выпустив 168 тонн хлорного газа на протяжении шести километров фронта, что привело к гибели около 6000 солдат в течение десяти минут от удушья. Газ, будучи тяжелее воздуха, распространялся вниз, вынуждая войска покидать окопы. Канадские резервные части, находившиеся в стороне от атаки, использовали ткани, пропитанные мочой, в качестве примитивных респираторов. Один канадский солдат догадался, что аммиак в моче вступает в реакцию с хлором, нейтрализуя его, а вода растворяет хлор, позволяя солдатам дышать сквозь газ.

21 век

Китай обычно производит 10 миллионов масок в день, что составляет около половины мирового производства. Во время пандемии COVID-19 было перепрофилировано 2500 заводов для производства 116 миллионов масок в день. Во время пандемии COVID-19 жителей Соединенных Штатов и многих стран мира призывали шить маски из ткани самостоятельно из-за повсеместного дефицита готовых масок.