張守鑫，楊 博，周 川，原 博，司芳芳，楊小兵

(1.國民核生化災(zāi)害防護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100191； 2.防化研究院，北京 100191)

0 引言

濾毒罐(盒)作為過濾式防毒面具的重要組成部分，主要用于防護(hù)有毒有害的氣溶膠、蒸氣或氣體，如軍用化學(xué)戰(zhàn)劑(CWAs)和有毒工業(yè)化學(xué)品(TICs)等。它通常包括2種類型的防護(hù)介質(zhì)，一種是吸附型過濾介質(zhì)，簡(jiǎn)稱吸附層，如顆粒狀活性炭，用于吸附有機(jī)蒸氣或氣體；另一種是高效微?？諝膺^濾介質(zhì)(HEPA)，簡(jiǎn)稱濾煙層，如纖維過濾紙，用于阻隔液態(tài)和固態(tài)的化學(xué)氣溶膠和顆粒；此外，為了吸附氯化氰(CK)、氫氰酸(AC)和二氧化硫、氨氣等化學(xué)反應(yīng)型有毒氣體，在吸附型過濾介質(zhì)中通常會(huì)浸漬金屬氧化物或其他特殊化合物與其反應(yīng)達(dá)到吸附的目的[1]。

雖然濾毒罐對(duì)有毒有害物質(zhì)具有出色的防護(hù)能力，但是隨著不斷使用，吸附層的防護(hù)性能會(huì)逐漸降低，最終達(dá)到閾值而被有害物質(zhì)穿透，通常當(dāng)面具使用者聞到毒劑或有害物質(zhì)的味道或眼睛有刺激感時(shí)，才知道濾毒罐已經(jīng)達(dá)到吸附飽和，但此時(shí)有毒有害物質(zhì)的濃度通常已經(jīng)足以使人致死[2]。在防毒面具的濾毒罐剩余防護(hù)時(shí)間無法確定的情況下，通常做法是濾毒罐在使用一段時(shí)間后就被替換掉，而不考慮其對(duì)毒劑的吸附飽和程度，從而造成極大的資源浪費(fèi)和使用成本增加。世界各國都亟需開發(fā)一個(gè)基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或壽命失效指示器的濾毒罐更換時(shí)刻表。因此，為了監(jiān)測(cè)濾毒罐的使用壽命，提醒使用者及時(shí)更換，在濾毒罐中引入壽命失效指示器(End-of-Service-Life Indicator，簡(jiǎn)稱ESLI)尤為重要。

1 濾毒罐ESLI的發(fā)展概況

1.1 濾毒罐ESLI的概念

第一次世界大戰(zhàn)后，美國人Yabhck[3]在1925年設(shè)計(jì)了一種帶有顏色指示系統(tǒng)的濾毒罐用于測(cè)定濾毒罐的剩余使用壽命，最早提出了濾毒罐ESLI的概念。濾毒罐壽命失效指示器(ESLI)是一種評(píng)估濾毒罐有效防護(hù)時(shí)間的指示器，通常是在濾毒罐中加入一個(gè)傳感裝置來監(jiān)測(cè)通過吸附床層的污染物，當(dāng)穿透濾毒罐的污染物濃度達(dá)到臨界值時(shí)，指示器會(huì)通過可視化或語音化等方式提醒使用者濾毒罐的防護(hù)能力即將失效，從而需要及時(shí)更換濾毒罐。

濾毒罐的高效微?？諝膺^濾介質(zhì)(HEPA)自身能提供壽命失效指示，因?yàn)樵谄溥^濾掉空氣顆粒物后由于富集作用會(huì)使介質(zhì)表面被阻塞，造成防毒面具的使用者在呼吸時(shí)會(huì)逐漸感到異常的困難，從而對(duì)使用壽命進(jìn)行指示?；钚蕴课絼┗蚧瘜W(xué)浸漬型介質(zhì)與HEPA濾毒罐防護(hù)原理不同，通過活性炭微孔結(jié)構(gòu)的物理吸附移除蒸氣壓相對(duì)較低的有機(jī)蒸氣(如沙林和芥子氣等)；蒸氣壓較高的無機(jī)氣體(如氯化氰、氫氰酸、光氣等)通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行移除。當(dāng)活性炭微孔表面對(duì)氣體逐漸吸附飽和時(shí)，蒸氣會(huì)穿透過濾介質(zhì)填充的吸附床層產(chǎn)生更大的擴(kuò)散[4]。因此，濾毒罐壽命失效指示技術(shù)的關(guān)鍵在于濾毒罐吸附層介質(zhì)的使用壽命評(píng)估。濾毒罐的使用壽命通常取決于多種因素，包括濾毒罐的結(jié)構(gòu)、吸附質(zhì)的組成和性質(zhì)、呼吸速率、穿過吸附床層的氣流分配、污染物的濃度及環(huán)境溫度和濕度等，這些因素使得開發(fā)一個(gè)濾毒罐ESLI具有較大的挑戰(zhàn)。

1.2 濾毒罐ESLI的原理

根據(jù)指示方式的不同，濾毒罐ESLI可分為主動(dòng)式(active)ESLI和被動(dòng)式(passive)ESLI 2類[5]。主動(dòng)式ESLI是在濾毒罐吸附床層中加入了電子傳感器來監(jiān)測(cè)污染物的存在，當(dāng)吸附層接近吸附飽和或被污染物穿透時(shí)，傳感器或報(bào)警器會(huì)提示使用者更換濾毒罐，如圖1所示。潛在的ESLI傳感技術(shù)包括表面聲波傳感器(SAWS)、光纖化學(xué)傳感器(FOCS)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器(CMOS)、納米管傳感器(NTS)、電化學(xué)傳感器以及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)等[6-9]。大多數(shù)主動(dòng)式ESLI的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)特定的化學(xué)物質(zhì)具有一定的選擇性，可以在不同復(fù)雜環(huán)境范圍中進(jìn)行檢測(cè)，但是由于加入了電子元件使得生產(chǎn)成本較高。

圖1 主動(dòng)式ESLI的原理示意Fig.1 Schematic diagram on principle of active ESLI

被動(dòng)式ESLI是通過顏色變化或氣味等方式進(jìn)行提示，需要使用者通過濾毒罐的側(cè)壁透明窗口觀察或通過嗅覺進(jìn)行感知[10-12]，其中顏色變化方式是主要途徑。典型的被動(dòng)式ESLI是比色型失效指示器，它是將化學(xué)指示劑等光學(xué)材料涂覆在試紙或薄膜上(或吸附在活性炭上)制成光學(xué)薄膜，然后放置在濾毒罐側(cè)壁透明窗口內(nèi)側(cè)，當(dāng)活性炭吸附床層接近吸附飽和或被污染物穿透時(shí)，化學(xué)指示劑與污染物發(fā)生反應(yīng)或改變光學(xué)路徑使得光學(xué)薄膜顏色發(fā)生明顯改變，使用者通過透明窗口觀察到后及時(shí)更換濾毒罐，如圖2所示。被動(dòng)式ESLI的優(yōu)勢(shì)在于傳感器嵌入到濾毒罐中的成本低廉，但是大多數(shù)被動(dòng)式ESLI的缺點(diǎn)在于使用者需要積極監(jiān)測(cè)并且觀察時(shí)需要光線充足，并且指示劑類型的光學(xué)材料通常只能針對(duì)一類特殊的化學(xué)官能團(tuán)顯色。

1.3 濾毒罐ESLI的政策發(fā)展

為了鼓勵(lì)ESLI傳感器的發(fā)展，美國職業(yè)安全與健康研究所(NIOSH)在1984年頒布了驗(yàn)證濾毒罐ESLI傳感器指示終點(diǎn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)為主動(dòng)式和被動(dòng)式ESLI提供了參考依據(jù)。隨后，美國職業(yè)安全與健康管理局(OSHA)于1998年公布了修訂的關(guān)于濾毒罐選擇和使用方式的呼吸防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定濾毒罐更換時(shí)需要有一個(gè)ESLI或時(shí)刻表來決定[13]。2004年，美國綜合評(píng)估了3M，North，MSA等呼吸防護(hù)裝備生產(chǎn)廠家的ESLI各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，準(zhǔn)備建立一個(gè)濾毒罐更換時(shí)間表[14]。2005年，NIOSH在過濾式防毒面具測(cè)試規(guī)程中規(guī)定了ESLI的阻力、可視化和性能要求，并要求當(dāng)濾毒罐吸附劑的吸附容量消耗至90%時(shí)需要一個(gè)可靠的傳感器來指示[15-16]。2012年的國際呼吸防護(hù)會(huì)議舉行了ESLI的討論會(huì)，并對(duì)ESLI的發(fā)展歷程以及實(shí)施中的挑戰(zhàn)進(jìn)行了闡述[17]。與美國相比，我國在職業(yè)防護(hù)領(lǐng)域ESLI的標(biāo)準(zhǔn)政策發(fā)展相對(duì)滯后，目前尚無政府部門和國內(nèi)企業(yè)頒布相關(guān)ESLI的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。

圖2 被動(dòng)式ESLI的原理示意Fig.2 Schematic diagram on principle of passive ESLI

2 濾毒罐的使用壽命理論模型研究

濾毒罐的使用壽命評(píng)估是指濾毒罐從開始使用一直到失去防護(hù)能力不能使用的時(shí)間周期，除了本身的防護(hù)性能外，還受使用人員、使用環(huán)境、儲(chǔ)存條件等多方面因素影響，使得評(píng)估濾毒罐的使用壽命是非常困難的。許多方法用來評(píng)估濾毒罐的使用壽命，如通過建立數(shù)學(xué)模型等方法計(jì)算濾毒罐的剩余吸附容量、穿透時(shí)間等參數(shù)，進(jìn)而為濾毒罐ESLI的研究提供理論基礎(chǔ)[18-19]。由于不同的有機(jī)蒸氣或氣體在濾毒罐吸附床層的穿透行為多種多樣，因此，當(dāng)用數(shù)學(xué)模型評(píng)估一個(gè)特定的濾毒罐時(shí)，使用壽命對(duì)ESLI的參考具有一定的局限性，尤其是不同化合物混合條件下的使用壽命評(píng)估非常困難。

美國Los Alamos 實(shí)驗(yàn)室的Wood等一直研究濾毒罐對(duì)有機(jī)蒸氣和氣體的使用壽命評(píng)估模型，做出了較大的貢獻(xiàn)[20-25]。1994年，Wood基于吸附參數(shù)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程提出了評(píng)估有機(jī)蒸氣使用壽命數(shù)學(xué)模型[22]，該模型需要收集活性炭的裝填量、吸附容量和吸附速率以及環(huán)境條件，適用于小于50%濕度條件下的估算。2003年，Wood修改了Cohen和Garrison的模型用于計(jì)算有機(jī)蒸氣的吸附速率[23]，但是并沒有考慮溫度和濕度的影響。隨后，Wood研究了不同濕度條件對(duì)使用壽命的影響[24]，指出水蒸氣和有機(jī)蒸氣的吸附容量競(jìng)爭(zhēng)很大程度上由活性炭吸附體積的互斥作用造成，通過修正吸附容量和吸附速率，提出了用于評(píng)估高濕度條件下的使用壽命數(shù)學(xué)模型，但是該模型只能估算污染物高暴露濃度下的使用壽命，當(dāng)暴露濃度較低時(shí)，估算的準(zhǔn)確性大大降低。2007年，Wood和Snyder又提出了多種有機(jī)蒸氣混合條件和不同濕度條件下的使用壽命評(píng)估模型[25]，該模型的預(yù)測(cè)結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果一致性較好。

3 濾毒罐ESLI的研究進(jìn)展

3.1 主動(dòng)式ESLI

3.1.1 基于表面聲波化學(xué)傳感器(SAWS)

2000年，美國海軍實(shí)驗(yàn)室(NRL)開發(fā)了一種表面聲波化學(xué)傳感器系統(tǒng)[26]，被稱為“NRL-SAWRHINO”。該系統(tǒng)包括必要的電子和微機(jī)控制、SAW傳感溫度控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別能力以及可視或聲音報(bào)警特性，自動(dòng)雙重采樣系統(tǒng)，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和周期檢測(cè)神經(jīng)性毒劑和糜爛性毒劑對(duì)活性炭床層的穿透情況。該裝置優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)不同濕度的神經(jīng)性毒劑響應(yīng)結(jié)果比較一致，并且通過1個(gè)3-SAW傳感器陣列能夠區(qū)分神經(jīng)性毒劑和糜爛性毒劑以及許多有機(jī)蒸氣。

3.1.2 基于光纖化學(xué)傳感器(FOCS)

2002年，加拿大國家光學(xué)研究所Bernard等[27]聯(lián)合職業(yè)健康與安全研究所設(shè)計(jì)了一種光纖化學(xué)傳感器型ESLI，用來評(píng)估防毒面具濾毒罐和集防濾毒器的使用壽命。該指示器的光纖傳導(dǎo)部分包括光源端和檢測(cè)器端，當(dāng)檢測(cè)器測(cè)得由光纖傳輸過來的光強(qiáng)低于預(yù)定水平之下時(shí)，觸發(fā)警報(bào)提示氣體/蒸氣吸附飽和。多孔玻璃光纖吸附氣體/蒸氣的方式與濾毒罐內(nèi)的吸附劑一樣，會(huì)降低光纖的傳導(dǎo)性能從而使光線減少。設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是制造成本較低，使用的光電晶體管、紅外發(fā)光二極管和LED報(bào)警器等都是相對(duì)廉價(jià)和普通的電子元件，并且比其他ESLI更具有通用性，對(duì)多種有害氣體或蒸氣都能進(jìn)行有效檢測(cè)。2004年，Bernard等[28]報(bào)道該多孔玻璃光纖傳感器能檢測(cè)20 mg/L級(jí)別的甲苯蒸氣。

2011年，加拿大國防部設(shè)計(jì)了一種用于濾毒罐的光纖型ESLI[29]，它能夠檢測(cè)吸附床層對(duì)化學(xué)蒸氣的吸附飽和程度，并且能提高吸附劑對(duì)蒸氣的非選擇性靈敏度。該指示器呈圓管狀，包含一層與圓管中軸線垂直的光學(xué)透明基質(zhì)，基質(zhì)上鍍有貴金屬(Ag或Au)納米薄膜，薄膜靠近圓管開口，圓管一端是光源，另一端是光檢測(cè)器用于檢測(cè)納米顆粒薄膜對(duì)化學(xué)蒸氣的吸光度，光檢測(cè)器將信號(hào)傳遞給光電處理器，再與指示器相連，如圖3所示。檢測(cè)原理是當(dāng)貴金屬納米顆粒暴露在折射率不同于空氣的化學(xué)蒸氣時(shí)，吸光度會(huì)顯著增加并產(chǎn)生表面等離子體帶紅移。通過將貴金屬納米顆粒沉積在光學(xué)透明介質(zhì)上，并與光檢測(cè)器進(jìn)行耦合分析光的衰減情況，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)暴露在薄膜上的化學(xué)蒸氣，并能指示濾毒罐吸附床層的剩余吸附容量。

圖3 納米薄膜光纖型ESLIFig.3 Nano-film optical fiber ESLI

3.1.3 基于半導(dǎo)體化學(xué)傳感器(FOCS)

2001年，中國深圳疾病防控中心公布了一種針對(duì)有機(jī)蒸氣的過濾式防毒面具失效指示器[30]，該指示器的電子氣體傳感器安裝在濾毒罐后面的防毒面具上，濾毒罐側(cè)面有1個(gè)聲音報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)三氯乙烯和甲苯的濃度分別大于42.57 mg/m3和30.33 mg/m3時(shí)，指示器就會(huì)報(bào)警，但是檢測(cè)對(duì)象比較單一。

美國Scentzcar公司[31]在2000年試驗(yàn)了一種主動(dòng)式ESLI，原理是用半導(dǎo)體傳感器來檢測(cè)揮發(fā)性有機(jī)物。該半導(dǎo)體傳感器通過電阻變化能測(cè)量活性炭床層的污染物濃度，并能持續(xù)估算活性炭床層的剩余吸附容量，缺點(diǎn)在于體積較大缺乏攜帶性，并且具有高成本和高電量消耗。

3.1.4 其他類型傳感器

2014年，美國Honeywell公司[32]設(shè)計(jì)了一種有機(jī)蒸氣壽命失效指示器，它包括1個(gè)位于濾毒罐內(nèi)表面的傳感器和1個(gè)產(chǎn)生紫外光的紫外燈以及檢測(cè)光強(qiáng)的可見光檢測(cè)器。傳感器為金屬硅酸鹽材料，包括活性炭、分子篩、有機(jī)聚合物等吸附材料和熒光材料。該指示器采用紫外吸收-熒光原理，通過檢測(cè)有機(jī)蒸氣與吸附材料接觸后發(fā)出的可見熒光，從而對(duì)濾毒罐的使用壽命進(jìn)行指示，如圖4所示。

2016年，美國疾病防控中心(CDC)聯(lián)合加利福尼亞大學(xué)和西弗吉尼亞大學(xué)研究了一種用于濾毒罐的H2S壽命失效指示器[33]，它的原理是將含有水合羥基咕啉醇酰胺[OH(H2O)Cbi]的纖維過濾紙放置于分叉光纖末端，通過監(jiān)測(cè)OH(H2O)Cbi的漫反射光譜可以檢測(cè)0.015 mg/L的H2S，高濕度條件下光譜出現(xiàn)更大的位移原因是咕啉醇酰胺化合物發(fā)生了還原反應(yīng)。該指示器與特定的H2S電化學(xué)檢測(cè)器關(guān)聯(lián)可以檢測(cè)濾毒罐活性炭床層對(duì)H2S的突破終點(diǎn)，也可用于檢測(cè)CBRN濾毒罐對(duì)AC和CK的突破終點(diǎn)[34]。同年，Scott公司[35]報(bào)道了一款可重復(fù)利用的壽命失效指示器，該指示器是1個(gè)可以插入過濾器吸附床層中的圓柱形外殼，外殼包括1個(gè)或多個(gè)對(duì)氣體物理化學(xué)特性敏感的供電式傳感器，通過傳感器處理分析關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)來計(jì)算過濾器的剩余使用時(shí)間。當(dāng)濾毒罐被棄置時(shí)，失效指示器可以被重復(fù)利用從而使成本降低。

圖4 熒光型ESLI的原理示意Fig.4 Schematic diagram on principle of fluorecent ESLI

3.2 被動(dòng)式ESLI

1999年，美國TNO公司[12]提出通過氣味來提醒使用者濾毒罐失效，當(dāng)有機(jī)蒸氣和危險(xiǎn)物質(zhì)被吸附到呼吸器里與浸漬特殊氣味的活性炭接觸時(shí)，氣味從活性炭中釋放出來，使用者通過分辨氣味可以判斷呼吸器是否失效。但是人員因素影響巨大，如不同呼吸頻率下的個(gè)人嗅覺敏感程度、不同的健康程度、個(gè)人安慰劑效應(yīng)和嗅覺敏感度下降等，都會(huì)影響濾毒罐更換時(shí)間提前或滯后。

美國ECBC和NRL在2002年評(píng)估了ChemMofic公司研究的一種比色型薄膜指示器[36]，該指示器能定性的檢測(cè)與活性炭床層接觸的多種有機(jī)蒸氣。它采用一種可替代的染料來識(shí)別有機(jī)蒸氣的存在，當(dāng)污染物進(jìn)入吸附層替代被吸附的染料時(shí)，染料擴(kuò)散進(jìn)入接受層導(dǎo)致發(fā)生顏色變化，進(jìn)而通過外層的透明塑料外殼觀測(cè)到，如圖5所示。目前，這種化學(xué)薄膜傳感器正用于評(píng)估更多種類的化學(xué)毒劑和有毒工業(yè)化學(xué)品。

圖5 比色型薄膜指示器原理示意Fig.5 Schematic diagram on principle of colorimetric film indicator

2004年，美國Scentczar公司[37]發(fā)明了一種剩余壽命指示器，該指示器包含1個(gè)指示染料和1層表面光滑的固體防水介質(zhì)，介質(zhì)上面印有同心圓圖案，染料位于同心圓的內(nèi)中心區(qū)域呈圓點(diǎn)狀，主要是蒽醌類和偶氮類。當(dāng)指示染料接觸到活性炭床層吸附的污染物時(shí)，染料圓點(diǎn)會(huì)逐漸移動(dòng)到同心圓的外部區(qū)域，從而被使用者觀察到。

美軍在2008年公布了一種被動(dòng)式ESLI，能夠指示化學(xué)毒劑和有毒工業(yè)化學(xué)品[18]。該指示器靠近吸附床層，位于可視化窗口后面，由一系列化學(xué)反應(yīng)型的比色指示器陣列組成，每1個(gè)指示器特定去檢測(cè)1類或多類污染物，如圖6所示。當(dāng)指示器與不同類型的目標(biāo)污染物(沙林、芥子氣、氯化氰、氰化氫、光氣、氨氣和氯氣)接觸后，涂有化學(xué)反應(yīng)活性物質(zhì)的基質(zhì)發(fā)生比色反應(yīng)產(chǎn)生明顯的顏色變化，其中反應(yīng)活性物質(zhì)主要為金屬卟啉染料和pH敏感染料。試驗(yàn)評(píng)估表明，間胺黃和銅卟啉都表現(xiàn)出較高的靈敏度和極好的環(huán)境穩(wěn)定性。該比色型ESLI將在廣譜防護(hù)型過濾式防毒面具中具有潛在的應(yīng)用，如美軍M40面具和M50面具。

圖6 C2A1濾毒罐的比色型ESLIFig.6 Colorimetric ESLI of C2A1 canister

2010年，3M公司的Rakow等[38]設(shè)計(jì)了一種針對(duì)有機(jī)蒸氣的可視化薄膜傳感器，與揮發(fā)性有機(jī)物接觸會(huì)產(chǎn)生明顯的顏色變化，不僅對(duì)多種揮發(fā)性有機(jī)物都有響應(yīng)，而且能避免水蒸氣的干擾。該薄膜傳感器由PET基質(zhì)、Ni納米層、PIMs微孔材料和Ag納米層制備而成，其中PIMs材料為有機(jī)微孔聚合物，具有獨(dú)特連接的孔結(jié)構(gòu)和疏水表面能以及溶液加工性能[39-40]?；贜IOSH(美國職業(yè)安全與衛(wèi)生研究所)和ACGIH(美國工業(yè)衛(wèi)生專家委員會(huì))的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范來評(píng)估傳感器和指示器對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的性能，該薄膜傳感器在干燥空氣條件下對(duì)乙酸乙酯、正癸烷、甲苯和苯乙烯等有機(jī)蒸氣具有顯著的響應(yīng)，指示器的顏色由綠色變?yōu)檠蠹t色，可視化檢測(cè)的最低限值為0.025 mg/L。

2011年，3M公司的Thomas等基于Rakow等[41]設(shè)計(jì)的薄膜傳感器，研究了多種有機(jī)蒸氣對(duì)薄膜傳感器的光譜響應(yīng)。基于反射干涉原理，發(fā)現(xiàn)傳感器響應(yīng)的靈敏度首先取決于微孔對(duì)蒸氣的物理吸附和PIM-1材料沒有高度交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過對(duì)比傳感器接觸有機(jī)蒸氣后的反射率峰值的位移與有機(jī)蒸氣物理性能的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)蒸氣壓、沸點(diǎn)和平均分子極化率是控制傳感器響應(yīng)的主要因素。2012年，Rakow等[42]基于薄膜傳感器申請(qǐng)了一項(xiàng)濾毒罐使用壽命指示器的專利，實(shí)現(xiàn)了濾毒罐對(duì)有機(jī)蒸氣的可視化指示。隨后，3M公司推出了針對(duì)有機(jī)蒸氣ESLI的6001i系列濾毒盒，通過撕開濾毒盒透明外壁的標(biāo)簽可以觀測(cè)到紅色指示條位于綠色背景上，當(dāng)接觸到污染物時(shí)指示條前端會(huì)移動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)壽命終點(diǎn)指示線時(shí)提示使用者需要更換濾毒盒，如圖7所示。

圖7 含ESLI的有機(jī)蒸氣6001i系列濾毒盒Fig.7 Organic Vapor 6001i series canisters containing ESLI

2016年，3M 的Melissa等[43]對(duì)裝有ESLI的濾毒盒進(jìn)行了評(píng)估。根據(jù)NIOSH提供的ESLI需求標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試規(guī)程，試驗(yàn)表明當(dāng)ESLI指示到終點(diǎn)的時(shí)間再超過10%時(shí)，有機(jī)蒸氣的濃度均低于50%的職業(yè)暴露濃度OEL，即ESLI在指示壽命失效后，濾毒罐仍有10%的使用壽命余量。通過評(píng)估不同氣體濃度、濕度和溫度以及混合氣體條件下的防護(hù)時(shí)間，發(fā)現(xiàn)ESLI的指示時(shí)間與濾毒盒的實(shí)測(cè)使用壽命時(shí)間具有良好的線性關(guān)系。

4 結(jié)論

1)被動(dòng)式ESLI由于成本低、易制造、無需電源等優(yōu)點(diǎn)研究的較為廣泛、成熟，但是被動(dòng)式ESLI的位置主要是在濾毒罐側(cè)邊的透明窗口，在光線條件較差或非安全狀態(tài)下不易觀察顏色變化情況，使作業(yè)人員無法及時(shí)更換濾毒罐；而主動(dòng)式ESLI的關(guān)鍵在于傳感器技術(shù)的發(fā)展，目前主要集中在光纖傳感器和半導(dǎo)體傳感器等技術(shù)領(lǐng)域。理想的主動(dòng)式傳感器應(yīng)該置于吸附床層中心，在尺寸上與活性炭顆粒大小相近，不影響蒸氣或氣體在活性吸附床層的吸附容量、突破終點(diǎn)等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并且還應(yīng)該具有廣譜檢測(cè)范圍和較低的成本，這是未來電子傳感技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

2)在職業(yè)防護(hù)領(lǐng)域，濾毒罐的ESLI技術(shù)可以保護(hù)勞動(dòng)作業(yè)人員免受職業(yè)環(huán)境的危害，而在軍事領(lǐng)域，該技術(shù)可以應(yīng)用于新型CBRN防毒面具，不僅能保障作戰(zhàn)人員的生命安全，還能減輕部隊(duì)的后勤供應(yīng)負(fù)擔(dān)。因此，通過研究軍用毒劑的物化性質(zhì)，結(jié)合光化學(xué)傳感技術(shù)、比色技術(shù)以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，開發(fā)針對(duì)軍用毒劑的ESLI技術(shù)尤為重要。未來針對(duì)軍事需求的濾毒罐ESLI技術(shù)要求應(yīng)該包括成本低廉、電量需求較小、對(duì)軍用毒劑和有毒工業(yè)品均有響應(yīng)等。此外，ESLI技術(shù)還可以用于核生化防護(hù)服和空氣過濾設(shè)備等其他過濾系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。