เครื่องกรองอากาศแบบกลไก (หน้ากากป้องกันระบบทางเดินหายใจ)
หน้ากากกรองอากาศ (FFP3) พร้อมวาล์วระบายอากาศ
ระเบียบข้อบังคับ	42 CFR 84 , EN 149 , EN 143
ตารางNIOSH	TC-84A, TC-21C
[ แก้ไขในวิกิดาต้า ]

แผ่นกรองเชิงกลซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของหน้ากากป้องกันฝุ่นละออง เป็น แผ่นกรองประเภทหนึ่งสำหรับหน้ากากกรอง อากาศที่ดักจับ ฝุ่นละอองไม่ให้เข้าสู่จมูกและปากของผู้สวมใส่โดยวิธีการทางกลไก แผ่นกรองเชิงกลมีหลายรูปทรง

เครื่องช่วยหายใจแบบใช้ตัวกรองเชิงกลจะดักจับอนุภาค เช่น ฝุ่นที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานไม้หรือการแปรรูปโลหะ เมื่ออากาศที่ปนเปื้อนผ่านวัสดุตัวกรอง ปัจจุบันยังคงใช้ขนสัตว์เป็นตัวกรองอยู่ เช่นเดียวกับพลาสติก แก้ว เซลลูโลส และส่วนผสมของวัสดุเหล่านี้ตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป เนื่องจากตัวกรองไม่สามารถทำความสะอาดและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ และมีอายุการใช้งานจำกัด ต้นทุนและการกำจัดทิ้งจึงเป็นปัจจัยสำคัญ มีทั้งแบบใช้ครั้งเดียวทิ้งและแบบตลับเปลี่ยนได้^{[ 3 ]}

ตัวกรองเชิงกลจะกำจัดสิ่งปนเปื้อนออกจากอากาศด้วยวิธีดังต่อไปนี้: ^{[ 4 ] [ 5 ]}

1. โดยการดักจับเมื่ออนุภาคที่เคลื่อนที่ตามแนวการไหลในกระแสลมเข้ามาอยู่ในรัศมีหนึ่งหน่วยของเส้นใยและยึดเกาะกับเส้นใยนั้น^{[ 3 ]}
2. โดยการกระทบเมื่ออนุภาคขนาดใหญ่ไม่สามารถตามเส้นโค้งของกระแสลมได้ จึงถูกบังคับให้ฝังตัวอยู่ในเส้นใยโดยตรง ซึ่งจะเพิ่มขึ้นเมื่อระยะห่างระหว่างเส้นใยลดลงและความเร็วการไหลของอากาศสูงขึ้น^{[ 3 ]}
3. โดยกลไกการเพิ่มประสิทธิภาพที่เรียกว่าการแพร่กระจายซึ่งโมเลกุลของก๊าซจะชนกับอนุภาคที่เล็กที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งอนุภาคที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่ำกว่า 100 นาโนเมตร ซึ่งจะถูกขัดขวางและชะลอเส้นทางผ่านตัวกรอง ผลกระทบนี้คล้ายกับการเคลื่อนที่แบบบราวน์และเพิ่มความน่าจะเป็นที่อนุภาคจะถูกหยุดโดยกลไกใดกลไกหนึ่งในสองกลไกข้างต้น โดยจะเด่นชัดขึ้นเมื่อความเร็วการไหลของอากาศต่ำลง^{[ 3 ]}
4. โดยใช้ วัสดุตัวกรอง อิเล็กเตรต (โดยปกติคือเส้นใยพลาสติกที่ปั่นด้วยไฟฟ้า) เพื่อดึงดูดหรือผลักอนุภาคด้วยประจุไฟฟ้าสถิตเพื่อให้มีโอกาสชนกับพื้นผิวตัวกรองมากขึ้น^{[ 4 ] [ 5 ]}
5. โดยอนุภาคเองซึ่งอุดตันตัวกรองและเพิ่มประสิทธิภาพการกรอง^{[ 6 ]}

กลไกที่ซับซ้อนกว่านั้นได้แก่:

1. โดยใช้สารเคลือบบางชนิดบนเส้นใยที่ฆ่าหรือทำให้อนุภาคติดเชื้อที่ชนกับเส้นใยนั้นหมดฤทธิ์ (เช่น เกลือ) ^{[ 7 ]}
2. โดยใช้แรงโน้มถ่วงและปล่อยให้อนุภาคตกตะกอนลงในวัสดุกรอง (โดยทั่วไปผลกระทบนี้ถือว่าน้อยมาก) ^{[ 8 ]}

เมื่อพิจารณาเฉพาะอนุภาคที่ลอยอยู่ในกระแสอากาศและตัวกรองตาข่ายใยไฟเบอร์ การแพร่กระจายจะมีบทบาทเด่นกว่าเมื่อขนาดอนุภาคต่ำกว่า 0.1 μm การกระทบและการดักจับจะมีบทบาทเด่นกว่าเมื่อขนาดอนุภาคสูงกว่า 0.4 μm ระหว่างนั้น ใกล้กับขนาดอนุภาคที่ทะลุผ่านได้มากที่สุดที่ 0.3 μm การแพร่กระจายและการดักจับจะมีบทบาทเด่นกว่า^{[ 3 ]}

ภาพตัดขวางของตัวกรอง P95 ที่ได้รับการรับรองจาก NIOSH ซึ่งใช้ในกระบวนการ แปรรูปโลหะแม้แต่กระบวนการทางอุตสาหกรรมที่ "สะอาด" ก็มักจะก่อให้เกิดอนุภาคที่เป็นอันตรายจำนวนมาก และจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันระบบทางเดินหายใจ

ตัวกรองเชิงกลสามารถทำจากตาข่ายละเอียดของเส้นใยโพลีเมอร์สังเคราะห์^{[ 9 ] [ 10 ]}เส้นใยผลิตโดย การ เป่าหลอม^{[ 11 ]}เส้นใยจะถูกประจุขณะที่ถูกเป่าเพื่อสร้างอิเล็กเตรต [ ^{12 ] จาก}นั้นจึงนำมาเรียงซ้อนกันเพื่อสร้างผ้าโพลีโพรพีลีนแบบไม่ทอ^{[ 9 ] [ 10 ]}

หน้ากากกรองอากาศประกอบด้วยตัวกลางการกรองเชิงกลเป็นหลัก และจะถูกทิ้งเมื่อไม่สามารถใช้งานได้เนื่องจากความเสียหาย สิ่งสกปรก หรือความต้านทานการหายใจมากเกินไป^{[ 13 ]}หน้ากากกรองอากาศโดยทั่วไปจะเป็นหน้ากากครึ่งหน้าแบบชิ้นเดียวที่เรียบง่ายและน้ำหนักเบา และใช้กลไกการกรองเชิงกลสามแบบแรกในรายการข้างต้นเพื่อกำจัดอนุภาคออกจากกระแสอากาศ หน้ากากที่พบได้บ่อยที่สุดคือหน้ากาก N95 สีขาวแบบใช้แล้วทิ้ง อีกประเภทหนึ่งคือ หน้ากาก N95 สำหรับการผ่าตัด หน้ากาก เหล่านี้ จะถูกทิ้งหลังจากการใช้งานครั้งเดียวหรือเป็นระยะเวลานานขึ้นอยู่กับสารปนเปื้อน NIOSH แนะนำไม่ให้นำหน้ากากกรองอากาศกลับมาใช้ใหม่ในห้องปฏิบัติการที่มีระดับความปลอดภัยทางชีวภาพระดับ 2 หรือ 3 ^{[ 14 ]}

มาตรฐานยุโรป EN 143 กำหนดคลาส 'P' ของตัวกรองอนุภาคที่สามารถติดเข้ากับหน้ากากได้ ตัวกรองเหล่านี้มักใช้กับเครื่องช่วยหายใจแบบใช้ซ้ำได้ เช่น เครื่องช่วยหายใจแบบ ยางยืด^{[ 30 ]}

มาตรฐาน	ระดับ	ประเภทตัวกรอง	ขีดจำกัดการซึมผ่านของตัวกรอง (ที่อัตราการไหลของอากาศ 95 ลิตร/นาที)	การรั่วไหลเข้าด้านใน	แถบยางยืดทั่วไป
EN 14683 [ 31 ]	ประเภทที่ 1	หน้ากาก	ประสิทธิภาพการกรองละอองน้ำต่ำกว่า 98% เหมาะสำหรับใช้กับผู้ป่วย	ไม่มีข้อมูล	ไม่มีข้อมูล
	ประเภท II		ไม่กันของเหลว กรองละอองน้ำได้ 98% เหมาะสำหรับบุคลากรทางการแพทย์ใช้ในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากละอองน้ำ
	ประเภท IIR		กันของเหลว กรองละอองน้ำได้ 98% เหมาะสำหรับใช้ในการผ่าตัด
EN 143	พี1	เอกสารแนบ	กรองอนุภาคในอากาศได้อย่างน้อย 80%	ไม่มีข้อมูล	ไม่มีข้อมูล
	พี2		กรองอนุภาคในอากาศได้อย่างน้อย 94%
	พี3		กรองอนุภาคในอากาศได้อย่างน้อย 99.95%

มาตรฐานยุโรป EN 143 และ EN 149 ทดสอบการซึมผ่านของตัวกรองด้วยละอองโซเดียมคลอไรด์ แห้ง และน้ำมันพาราฟินหลังจากเก็บตัวกรองไว้ที่อุณหภูมิ 70 °C (158 °F) และ −30 °C (−22 °F) เป็นเวลา 24 ชั่วโมง มาตรฐานเหล่านี้รวมถึงการทดสอบความแข็งแรงเชิงกล ความต้านทานการหายใจ และการอุดตัน EN 149 ทดสอบการรั่วไหลเข้าด้านในระหว่างหน้ากากและใบหน้า โดยผู้ทดสอบ 10 คนทำการออกกำลังกาย 5 ท่าต่อคนค่าเฉลี่ยของการรั่วไหลโดยเฉลี่ยจากบุคคล 8 คนต้องไม่เกินค่าที่กล่าวมาข้างต้น^{[ 32 ] : § 8.5}

มาตรฐานเครื่องช่วยหายใจทั่วโลกโดยทั่วไปแบ่งออกเป็นสองกลุ่มคือ มาตรฐานแบบสหรัฐอเมริกาและแบบสหภาพยุโรป ตามข้อมูลของ3Mเครื่องช่วยหายใจที่ผลิตตามมาตรฐานต่อไปนี้เทียบเท่ากับเครื่องช่วยหายใจ N95 ของสหรัฐอเมริกาหรือ FFP2 ของยุโรป "สำหรับการกรองอนุภาคที่ไม่ใช่น้ำมัน เช่น อนุภาคที่เกิดจากไฟป่า มลพิษทางอากาศ PM 2.5 การระเบิดของภูเขาไฟ หรือละอองชีวภาพ (เช่น ไวรัส)": ^{[ 33 ]}

• หน้ากาก KN95 ของจีน (GB2626-2006): คล้ายกับของสหรัฐอเมริกา มีประเภท KN (อนุภาคที่ไม่ใช่น้ำมัน) และ KP (อนุภาคที่เป็นน้ำมัน) รุ่น 90/95/100 ข้อกำหนดการรั่วไหลแบบ EU ^{[ 34 ] [ 35 ]}ในประเทศจีน หน้ากาก KN95 ผลิตโดยบริษัทต่างๆ เช่น Guangzhou Harley ^{[ 36 ]} Guangzhou Powecom ^{[ 37 ]} Shanghai Dasheng ^{[ 38 ]}และ FLTR ^{[ 39 ]}
• หน้ากากป้องกันระบบทางเดิน หายใจชั้นหนึ่งของเกาหลี (KMOEL - 2017–64) หรือเรียกอีกอย่างว่า "KF94": เกรด EU, KF 80/94/99 สำหรับชั้นสอง/ชั้นหนึ่ง/พิเศษ^{[ 40 ]}ในเกาหลี หน้ากากป้องกันระบบทางเดินหายใจ KF94 ผลิตโดยบริษัทต่างๆ เช่นLG , Soomlab, ^{[ 41 ]} Airqueen, ^{[ 42 ]} Kleannara, ^{[ 43 ]} Dr. Puri, ^{[ 44 ]} Bluna ^{[ 45 ]}และ BOTN ^{[ 46 ]}

NPPTL ยังได้เผยแพร่แนวทางการใช้หน้ากากที่ไม่ใช่ NIOSH แทน N95 ในการรับมือกับ COVID-19 ด้วย OSHA ก็มีเอกสารที่คล้ายกัน มาตรฐานเครื่องช่วยหายใจต่อไปนี้ถือว่าคล้ายกับ N95 ในสหรัฐอเมริกา: ^{[ 47 ] [ 48 ]}

• หน้ากาก DS2/RS2 ของญี่ปุ่น (JMHLW-ประกาศ 214, 2018): เกรดที่คล้ายกับของสหภาพยุโรปที่มีคำนำหน้าสองตัวอักษร – ตัวอักษรแรก D/R หมายถึงแบบใช้แล้วทิ้งหรือแบบเปลี่ยนได้ ตัวอักษรที่สอง S/L หมายถึงอนุภาคแห้ง (NaCl) หรืออนุภาคที่มีน้ำมัน ( น้ำมัน DOP ) ^{[ 8 ]}หน้ากาก DS2 ของญี่ปุ่นผลิตโดยบริษัทต่างๆ เช่น Hogy Medical ^{[ 49 ]} Koken ^{[ 50 ]} Shigematsu ^{[ 51 ]} Toyo Safety ^{[ 52 ]} Trusco ^{[ 53 ]} Vilene ^{[ 54 ]}และ Yamamoto Safety ^{[ 55 ]}
• หน้ากาก N95 ของเม็กซิโก (และอื่นๆ) (NOM-116-2009): เกรดเดียวกันกับใน NIOSH ^{[ 56 ]}
• PFF2 ของบราซิล (ABNT/NBR 13698:2011): เกรดที่คล้ายกับ EU ^{[ 57 ]}

หน้ากากกรองอากาศแบบแข็งโดยทั่วไปได้รับการออกแบบให้ใช้แล้วทิ้ง สำหรับการใช้งานต่อเนื่องหรือเป็นช่วงๆ เป็นเวลา 8 ชั่วโมง ห้องปฏิบัติการแห่งหนึ่งพบว่าคุณภาพการสวมใส่ลดลงหลังจากสวมใส่ติดต่อกันห้าครั้ง^{[ 58 ]}เมื่อหน้ากากอุดตันจนหายใจไม่ออก ก็ต้องเปลี่ยนใหม่

หน้ากากกรองอากาศแบบแข็งบางครั้งถูกนำกลับมาใช้ใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงการระบาดใหญ่ เมื่อเกิดการขาดแคลน อนุภาคติดเชื้ออาจอยู่รอดบนหน้ากากได้นานถึง 24 ชั่วโมงหลังจากสิ้นสุดการใช้งาน ตามการศึกษาโดยใช้แบบจำลองของSARS-CoV-2 [ ^{58 ] ใน}ช่วงการระบาดของ COVID-19 ศูนย์ควบคุมและป้องกันโรคแห่งสหรัฐอเมริกา (CDC) แนะนำว่าหากหน้ากากขาดแคลน ควรแจกหน้ากากให้บุคลากรทางการแพทย์แต่ละคนจำนวน 5 ชิ้น โดยใช้วันละ 1 ชิ้น เพื่อให้หน้ากากแต่ละชิ้นถูกเก็บไว้ในถุงกระดาษอย่างน้อย 5 วันระหว่างการใช้งานแต่ละครั้ง หากมีหน้ากากไม่เพียงพอ พวกเขาแนะนำให้ฆ่าเชื้อหน้ากากระหว่างการใช้งาน^{[ 59 ]}โรงพยาบาลบางแห่งได้กักตุนหน้ากากที่ใช้แล้วไว้เป็นมาตรการป้องกัน^{[ 60 ]} CDC ของสหรัฐอเมริกาได้ออกแนวทางในการยืดอายุการใช้งานของหน้ากาก N95 โดยแนะนำให้ใช้ในระยะยาวมากกว่าการนำกลับมาใช้ใหม่ พวกเขาเน้นย้ำถึงความเสี่ยงของการติดเชื้อจากการสัมผัสพื้นผิวด้านนอกของหน้ากากที่ปนเปื้อน ซึ่งแม้แต่ผู้เชี่ยวชาญก็มักจะทำโดยไม่ตั้งใจ และแนะนำให้ล้างมือทุกครั้งก่อนสัมผัสหน้ากาก เพื่อลดการปนเปื้อนบนพื้นผิวหน้ากาก พวกเขาแนะนำให้ใช้แผ่นป้องกันใบหน้า และขอให้ผู้ป่วยสวมหน้ากากด้วย ("การปกปิดแหล่งที่มา") ^{[ 61 ]}

นอกเหนือจากเวลาแล้ว ยังมีการทดสอบวิธีการฆ่าเชื้ออื่นๆ อีกด้วย พบว่าหน้ากากได้รับความเสียหายทางกายภาพเมื่อนำไปอุ่นในไมโครเวฟ อุ่นในถุงไอน้ำ ปล่อยให้หน้ากากอยู่ในความร้อนชื้น และฉายรังสีอัลตราไวโอเลตฆ่าเชื้อโรค (UVGI) ในปริมาณสูงเกินไป วิธีการที่ใช้คลอรีน เช่นน้ำยาฟอกขาวคลอรีนอาจทำให้เกิดกลิ่นตกค้าง การปล่อยก๊าซคลอรีนเมื่อหน้ากากชื้น และจากการศึกษาหนึ่งพบว่าแผ่นรองจมูกเสื่อมสภาพ ทำให้มีการรั่วไหลเพิ่มขึ้น^{[ 58 ]}ดูเหมือนว่าการสวมใส่และความสบายจะไม่ได้รับผลกระทบจาก UVGI การบ่มด้วยความร้อนชื้น และไอน้ำที่เกิดจากไมโครเวฟ^{[ 58 ]}

บางวิธีอาจไม่ทำให้หน้ากากเสียหายอย่างเห็นได้ชัด แต่จะทำลายความสามารถในการกรองของหน้ากาก สิ่งนี้พบเห็นได้จากการพยายามฆ่าเชื้อโดยการแช่ในสบู่และน้ำ การให้ความร้อนแห้งที่อุณหภูมิ 160 °C (320 °F) และการบำบัดด้วยไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ 70% และพลาสมาแก๊สไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์^{[ 58 ]} (ทำภายใต้สุญญากาศด้วยคลื่นวิทยุ^{[ 62 ]} ) ประจุไฟฟ้าสถิตบนไมโครไฟเบอร์จะถูกทำลายโดยวิธีการทำความสะอาดบางวิธี UVGI (แสงอัลตราไวโอเลต) ไอน้ำเดือด และการให้ความร้อนในเตาอบแห้งดูเหมือนจะไม่ลดประสิทธิภาพการกรอง และวิธีการเหล่านี้สามารถฆ่าเชื้อหน้ากากได้สำเร็จ^{[ 58 ]}

UVGI (วิธีการใช้รังสีอัลตราไวโอเลต), เอทิลีนออกไซด์ , การให้ความร้อนด้วยเตาอบแห้ง และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์แบบไอระเหยเป็นวิธีการที่นิยมใช้มากที่สุดในโรงพยาบาลในปัจจุบัน แต่ยังไม่มีการทดสอบวิธีการใดอย่างเหมาะสม^{[ 58 ]}ในกรณีที่มีหน้ากากเพียงพอ การหมุนเวียนหน้ากากและการนำหน้ากากกลับมาใช้ใหม่หลังจากทิ้งไว้โดยไม่ได้ใช้งานเป็นเวลาห้าวันเป็นวิธีที่เหมาะสมกว่า^{[ 59 ]}

มีการแสดงให้เห็นว่าหน้ากากยังสามารถฆ่าเชื้อได้ด้วยรังสีไอออนไนซ์^{[ 63 ]}รังสีแกมมาและอิเล็กตรอนพลังงานสูงแทรกซึมลึกเข้าไปในวัสดุและสามารถใช้ฆ่าเชื้อหน้ากากจำนวนมากได้ภายในระยะเวลาอันสั้น หน้ากากสามารถฆ่าเชื้อได้ถึงสองครั้ง แต่ต้องชาร์จใหม่หลังจากฆ่าเชื้อทุกครั้งเนื่องจากประจุบนพื้นผิวจะหายไปเมื่อได้รับรังสี

การพัฒนาล่าสุดคือผ้าคอมโพสิตที่สามารถยับยั้งภัยคุกคามทั้งทางชีวภาพและทางเคมีได้^{[ 64 ]}