ガスマスクの仕組み

防毒マスクの種類

ほとんどの人がガスマスクや人工呼吸器について考えるとき、通常、ある種のフィルターカートリッジを備えたぴったりとフィットするプラスチックまたはゴム製のフェイスマスクを想像します。マスクは鼻と口を覆います。これらは、半マスク型空気清浄マスクと呼ばれます。目は化学物質に対して非常に敏感であり、細菌が簡単に侵入しやすいため、環境内の化学物質または生物学的因子によっては、ハーフマスクでは不十分な場合があります。この場合、フルフェイスマスクの着用が必要となります。目を保護する透明なフェイスマスクまたは透明なアイピースも提供します。

空気清浄マスクには 2 つの利点があります。

空気清浄マスクの問題は、マスク内に漏れがあると効果がなくなることです。漏れは、マスクとユーザーの顔の間のフィット感が不十分であること、またはマスクのどこかに亀裂や穴があることが原因である可能性があります。

他の 2 つのタイプの呼吸用保護具システムは、漏れの問題を解決します。給気マスクには、空気清浄マスクと同じ種類のフィルター カートリッジが使用されます。ただし、フィルターをマスクに直接配置してユーザーの肺にフィルターを通して空気を吸引させる代わりに、フィルターは電池式のキャニスターに取り付けられます。キャニスターはファンを使用して空気をフィルターに強制的に送り込み、その後、浄化された空気がホースを通ってマスクに流れます。利点は、マスクに流入する空気が正圧になることです。マスクに漏れがあると、環境からの汚染空気が侵入するのではなく、キャニスターから浄化された空気が逃げてしまいます。明らかに、正圧はより安全なシステムを作成しますが、次の 2 つの欠点があります。

ただし、幼児や子供の場合は、顔が小さいためマスクを確実にフィットさせることが難しいため、これが唯一の選択肢となる場合があります。

最良のシステムは、 SCBA (自給式呼吸装置) システムと呼ばれます。フルフェイスマスクを着用し、背中に空気タンクを背負った消防士を見たことがある人は、SCBA システムを見たことがあるでしょう。空気タンクには高圧で精製された空気が入っており、 スキューバダイバーが使用するタンクとまったく同じです。タンクはフェイスマスクに一定の正圧を提供します。 SCBA は最高の保護を提供しますが、次の問題があります。

消防にとって、SCBA システムは非常に意味があります。煙は濃くて危険で、未知の混合ガスが含まれています。火災は空気中の酸素のほとんどまたはすべてを消費する可能性があります。消防車は追加のタンクや補充装置を搭載でき、消防士が燃えている建物内で過ごす時間は限られています。しかし、民間人や戦場の兵士にとって、費用と限られた通信時間のため、SCBA システムを管理することはほぼ不可能です。

フィルターの仕組み

SCBA システムには問題があるため、通常使用する人工呼吸器には、呼吸する空気を浄化するフィルターが付いています。フィルターはどのようにして有毒化学物質や致死性の細菌を空気から除去するのでしょうか?

どのエア フィルターでも、次の 3 つの異なる技術のうち 1 つ (または複数) を使用して空気を浄化できます。

粒子濾過は3 つの中で最も単純です。肺に塵が入らないように布やハンカチを口に当てたことがある人は、即席の微粒子フィルターを作成したことになります。生物学的脅威から守るように設計されたガスマスクでは、非常に細かい微粒子フィルターが役立ちます。炭疽菌または炭疽菌の胞子の最小サイズは 1 ミクロンです。ほとんどの生物学的微粒子フィルターは、0.3 ミクロンもの小さな粒子サイズを除去します。どの微粒子フィルターも最終的には目詰まりするため、呼吸が困難になったら交換する必要があります。

化学物質は霧または蒸気として発生し、微粒子濾過の影響をほとんど受けないため、化学的脅威には別のアプローチが必要です。有機化学物質 (塗料の煙であろうと、サリンのような神経毒であろうと) に対する最も一般的なアプローチは、活性炭です。

炭は炭素です。 (木炭の製造方法の詳細については、この「今日の質問」を参照してください。)活性炭は、酸素で処理されて炭素原子間に何百万もの小さな孔が開いた木炭です。ブリタニカ百科事典によると：

ここで「吸着」という言葉が重要です。物質が何かを吸着すると、化学的引力によって物質に付着します。活性炭の表面積が大きいため、無数の結合部位が得られます。特定の化学物質がカーボン表面の近くを通過すると、表面に付着して捕捉されます。

活性炭は、炭素ベースの不純物 (「有機」化学物質) や塩素などを捕捉するのに優れています。他の多くの化学物質 (例を挙げるとナトリウムや硝酸塩) は炭素にまったく引き寄せられないため、そのまま通過します。これは、活性炭フィルターが特定の不純物を除去し、他の不純物を無視することを意味します。これは、すべての結合部位が満たされると、活性炭フィルターが機能しなくなることも意味します。その時点でフィルターを交換する必要があります。

場合によっては、活性炭を他の化学物質で処理して、特定の毒素の吸着能力を向上させることができます。

3 番目の手法は化学反応を伴います。たとえば、第一次世界大戦の塩素ガス攻撃では、軍隊は塩素と反応して中和するように設計された化学物質を含むマスクを使用しました。

工業用マスクでは、除去する必要がある化学物質に応じてさまざまなフィルターから選択できます。さまざまなフィルターは、酸やアンモニアなどの NIOSH 標準に従って色分けされています。詳細については、このページを参照してください。

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