ポストさんてん日記

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粒子状物質の粒径チャート、フィルター・マスクの種類、粒径分布、粒子モード

[ 2014/04/14 (月) ]
『2.フィルター・マスクの種類』を改訂増補。2020/2/23
初回公開日:2014/04/14



目次

1.代表的な粒子状物質の粒径などのチャート
2.フィルター・マスクの種類 【改訂増補】
3.以下、勉強結果のノートです
 都市大気中の粒径分布の例
 粒径分布にはモードと呼ばれる3 つのピークが存在する

1.代表的な粒子状物質の粒径などのチャート

少し探してみたのですが、あまり良いものを見つけられなかったので、いくつかの図を寄せ集めて作ってみました。
正確性には欠けると思いますが、目安として。
粒子状物質の粒径
以下は引用です。
細胞の大きさの比較図
マスクの規格と粒子
PM2.5、SPMの粒子径詳細はこちら

【豆知識01】エアロゾル:aerosol とは
日本エアロゾル学会のHPの説明
  • エアロゾル粒子の性状:粒径や化学組成,形状,光学的・電気的特性など多くの因子によって表され,きわめて複雑。
  • 粒径:分子やイオンとほぼ等しい0.001μm=1nm程度から花粉のような100μm程度まで約5桁にわたる広い範囲が対象

エーロゾルについて(気象庁)気象庁の用語では“エーロゾル”を使うようです。
  • 大きさ:半径0.001μm程度から10μm程度
  • 種類:人為起源あるいは自然起源のガスから生成される硫酸塩、風によって巻き上げられる海塩、黄砂粒子などのダスト、化石燃料やバイオマスの燃焼から放出されるすすなど。
  • 気候へ影響:エーロゾルは日射を散乱したり吸収したり、また雲粒の核となって雲の性質や状態を変えたりする。

エアロゾルと感染についての記述例
【疫学】インフルエンザの感染拡大過程(Nature Communications 2013/6/5)

疫学上は、排出源から1~2m以内で地上に堆積する大きな飛沫とそれよりも長時間にわたって空中に滞留する直径5μm未満の微小な感染性飛沫に分類され、後者をエアロゾルという。


インフルエンザの感染伝播:感染制御における方針と実践に関する研究の必要性(国立感染症研究所 2007年6月号)

インフルエンザが咳嗽、くしゃみによって伝播することはよく知られているが、そのときに産生される5μm以上の飛沫は大抵の場合すぐに落下し、感染者から1m以上離れることで伝播の危険性はすみやかに減少する。インフルエンザウイルスが空気感染、あるいは5μm未満の飛沫(エアロゾル)により伝播するかについては、よりいっそう不確かな点が多い。Brankstonら(Lancet Infectious Diseases, 2007)は、人工呼吸管理や気管支肺洗浄などの処置を実施するような病院の特殊な環境でなければ、エアロゾル感染の起こる可能性は低いと述べている。


【豆知識02】 光(可視光)の波長より小さいものは光学顕微鏡では見ることができない。
いくら小さい物体であっても拡大すればみえるだろう、というのは私たちの数少ない経験を拡大解釈した間違い。例えば、原子の大きさは1nm(0.001μm)より小さく、可視光の波長と比べて2~3桁小さいサイズなので、いくら倍率の高い光学顕微鏡でも原子を見ることはできない。

2.フィルター・マスクの種類

フィルターの粒子捕集率
クリーンルームの空調システムなどに使われる。
  • ULPAフィルター
    定格風量で粒径が0.15μm の粒子に対して99.9995%以上の粒子捕集率
  • HEPAフィルター
    定格風量で粒径が0.3μm の粒子に対して99.97%以上の粒子捕集率

マスクの種類と粒子捕集率
以下、グレードの高い順に。通気性(呼気抵抗)は悪い順になる。
なお、日本には医療用マスクの性能規格基準が存在しない。
  • N95規格マスク(医療用マスク)
    粒径が0.3μmの粒子に対して95%以上の粒子捕集率(米国労働安全衛生研究所(NIOSH)規格)
    感染症に罹らないためにサンエムパッケージ株式会社 [マスクの豆知識]
  • サージカルマスク(医療用マスク)
    主に医療現場もしくは医療用に使用される感染防止用マスクで、外科手術などの際に使われる。“外科の”“手術の”という意味から「サージカル(surgical)マスク」と呼ばれている。
    サージカルマスクは直径5μmまでの粒子を除去することができる。
    サージカルマスクとN95の比較
    出典:マスク|PPE別解説(Medical SARAYA(メディカルサラヤ))

    ASTM(米国試験材料協会)が医療用マスクの素材条件として、レベル1,レベル2,レベル3,の3種類を定めている。条件の一つに、BFE:細菌濾過率があり、細菌を含む平均約3μmの粒子が濾過された率でレベル1は95%以上。マスクの規格基準M(Medical SARAYA(メディカルサラヤ))
  • 家庭用マスク
    カゼ、花粉対策や防寒・保湿などの目的で日常に使われるマスク。素材や形状、サイズなども豊富。
    捕集率はメーカー独自の標記が多い。例えば、花粉捕集率99%。
    【メモ】
    キッチンペーパーで簡易マスク(警視庁)
    キッチンペーパーで簡易マスクをつくろう(NHK NEWS WEB)

上記と用途は違うが。【メモ】
使い捨てマスクを安全に再利用しよう(小波秀雄 KonamiLog 2020/4/10)
マスクの統計データ(日本衛生材料工業連合会)

3.以下、勉強結果のノートです

都市大気中の粒径分布の例
大気中の粒子はおおよそ0.001~100μm の範囲にある。粒径分布は、個数濃度で表記する場合と体積(質量)濃度で表記する場合で、大きく異なる。

個数濃度分布では、粒径が空気動力学径で0.01μm程度の所にピークを持つ単峰型分布を示す。
個数濃度

体積(質量)濃度では、粒径が空気動力学径で1μm付近に谷を持つ二峰型を示す。
体積(質量)濃度

粒径分布にはモードと呼ばれる3 つのピークが存在する
粗大粒子モード
破砕過程において生成され、粗大粒子領域である5~30μmにピーク。これは大気中に放出されても沈降する。
蓄積モード
凝縮や凝固によって形成され0.15~0.5μmにピーク。この特徴は、重力の影響を受けづらく気体と同じように大気中を長時間にわたり浮遊すること、及び大気中で安定に存在すること。この粒子は大気中に存在する主な粒子であり、「重量」濃度では全粒子の7~8割程度を占める。
核生成(形成)モード
主に燃焼過程から出る粒子で、微小粒子領域である0.015~0.04μmにピーク。大気中で最も「個数」濃度が多い。この粒子は大気中で不安定であり、近くの粒子と凝縮を繰り返すことで大きな粒子に成長する。
ヒトの呼吸量は年齢や性別によっても異なるが、成人男性では1回の呼吸で500ミリリットルの空気を吸い込み、1分間に20回呼吸するとされている。通常の室内でも、たった1回の呼吸で1万個以上の核生成粒子を吸い込んでいる。
核生成モード 蓄積モード 粗大粒子モード
PAHsなどの有害物質はこれらの粒子に付着する形で大気中に存在する。粒子への付着量を決める重要な因子の一つが粒子の表面積。同じ重さであれば核生成粒子の表面積は粗大粒子の100倍を軽く上回る広さになる。重量では粗大粒子の100分の1しか存在しない核生成粒子にPAHsなどの有害物質の大半が吸着してしまうということがあり得る。
出典:調理排気の中に含まれるPAHsはどの程度体内に取り込まれるのか?(1)(田中伸幸 FOOCOM.NET2013/1/31)
[ 2014/04/14(月) ] カテゴリ: 大気汚染 | CM(0)
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