第三章 研究方法
3.3 實驗儀器設備與量測方法
3.3.1 實驗用呼吸防護具
本實驗使用的面罩為淨氣式呼吸防護具 APR，其面罩是使用
3M(USA)製造之 6000 系列全罩式面罩，型號為 6800，其無效腔體積為 275ml，搭配含 P100 濾棉梯型濾毒罐之綜合型濾毒罐(適用於有機蒸氣、
酸性氣體、氨氣、甲基胺與甲醛等化學品)。型號為 60926，其重量為 295 克，如圖 3-2。
3.3.2 吸濕襯墊之使用
本實驗中所使用之吸濕襯墊可分為第一種吸濕襯墊(Liner1)與第二種 吸濕襯墊(Liner2)，選擇依據為易吸水及與面部接觸不致產生立即之不舒 適感兩大條件。初始設計雛形為各部份分解，再將其組合如圖3-3。由於 各區塊組合時，易造成更大的空隙產生洩漏，因此決定以一體成型之樣 式做為實驗模型，其形狀依據APR內罩貼合臉的部位繪製而成，如圖3-4 與圖3-5。
Liner1 較厚，實測厚度為 1.55 mm，使用市售之成人紙尿褲剪裁而 成，外層為不織布，內層的成份包含：吸水紙、棉狀紙漿、高分子吸收 體及 PE 防漏膜。先前嘗試以車縫外層之方式將內層完全包覆，但是車縫 無法將內層完全固定，容易造成內層滑動、分布不均，造成配戴上之困 難，且無法完全密合，造成內層棉絮易於飄散，使配戴者吸入棉絮。經
嘗試後，選擇以膠合機之高溫黏合方式將內層完全密封並固定之，膠合 線為圖 3-4 之虛線，完成之成品如圖 3-6。Liner2 實測厚度為 0.31 mm，
成份為 100%純棉，直接由圖 3-5 之形狀剪裁之，成品如圖 3-7。而使用 此兩種吸濕襯墊之原因為方便比較吸濕襯墊之厚度對配戴者的影響，但 是此兩種吸濕襯墊皆為現成品加工裁切與黏合製成，因此無法在厚度上 做規範，因而使得此兩種吸濕襯墊之厚度相差許多。
3.3.3 呼吸防護具之呼吸阻力量測設備
本實驗為瞭解呼吸防護具在不同的呼吸流量下阻力的變化情形，因 此參考 Johnson(8)以一個配戴呼吸防護具之假人頭的方式，量測不同吸吐 氣流量下，呼吸防護具的呼吸阻力。為使實驗更接近實際狀況，將假人 頭之鼻孔處及頭部後方開洞，並以塑膠軟管貫穿連接模擬呼吸道的形 式，如圖 3-8，再將軟管連接至流量計即可調整流量的閥，再連接至一雙 向抽氣馬達，以模擬人吸吐氣狀況，如圖 3-9。所使用之馬達為 HITAH 所製造，最大流量可達 200 L/min。再經由流量控制閥控制馬達之流量大 小，因模擬的呼吸道轉接後會有壓損，因此可量得之最大流量約為 180 L/min。
實驗中對所使用之呼吸防護具之吸氣/吐氣阻力(Peak Inspiratory Pressure, PIP/ Peak Expiratory Pressure, PEP)對壓力的曲線圖，如圖 3-10 所示。曲線之迴歸方程式，如表 3-2 列出流量為 85 L/min 時的阻力值，
APR 之吸氣/吐氣壓力皆合乎 NIOSH 所規定吸氣壓力低於 65 mmH2O 和 吐氣壓力低於 20 mmH2O 之規範。
3.3.4 呼吸生理訊號分析儀與量測方法
本實驗紀錄之儀器紀錄主機為 ADInstruments 公司所設計之生理訊 號記錄器(Power Lab System)，如圖 3-11，型號為 ML795，儀器設定的採 樣頻率全部皆為每秒 1000 比數據，此主機接收本實驗所量測之各種數 據，並輸出至軟體 Chart 5.0，以將原始數據做進一步分析。
吐氣氣體分析是使用 ADInstruments 公司所製造之氣體分析儀來進 行分析，如圖 3-12，其包括氣體分析儀及呼吸流量計兩部分，氣體分析 儀(Gas Analiser)，型號為 ML206，呼吸流量計(Spirometer)，型號為 ML141。氣體分析儀用來分析受測者所吐出氣體中氧氣及二氧化碳的濃 度，氣體分析儀對二氧化碳的偵測極限為 10%，因此，若氣體中二氧化 碳濃度超過 10%，便無法偵測其正確濃度；呼吸流量計所量測單位為 L/s，量測的範圍最高為 1000 L/s。
收集分析氣體之前，為使分析數據精確每使用 48 小時即校正一次。
校正的方式是採用兩點校正法。準備兩種標準氣體，一為標準大氣:氧氣 濃度為 20.3 %，二氧化碳濃度為 0.99 %；另一氣體為標準校正氣體分析 儀之氣體，氧氣濃度 15.96 %，二氧化碳濃度為 4.03 %。校正時讓儀器分 別抽取上述兩種校正氣體，並分析讀取此濃度時的電壓值，於校正後輸
入相對應的電壓轉換，並再度測試其讀取分析的濃度是否正確。需注意 氣體分析儀在校正時，應避免鋼瓶中的氣體氣流直接衝擊於氣體抽取 孔，避免氧氣及二氧化碳濃度會因為流量產生之壓力而失真。
氣體分析的部分是將受測者所吐出之氣體經由軟管導致氣體混和筒 (Gas Mixing Chamber)中，再由氣體混和筒中抽取氣體至氣體分析儀中分 析，在分析的過程中，因空氣中會有雜質，且人體吐出的氣體含有水氣 為氣體分析儀氣之準確性，在進氣孔處需接上過濾之濾紙及乾燥劑，以 確保儀器不會因為空氣中之雜質及濕氣，降低儀器的敏感度。
3.3.5 配戴呼吸防護具之耗氧量量測方法
本實驗為量測配戴呼吸防護具時之耗氧量(Oxygen Consumption, VO2)，特別針對所使用 3M 6800 全罩式面罩，在單向的吐氣閥接上自行 開發轉接頭，再經由軟管導致氣體混和筒中，即可由此偵測並分析所吐 出之氣體及吐氣流量。其中全罩式面罩因為完全密閉狀態，因此所測得 之耗氧量即為受測者配戴執行作業時之準確耗氧量。
3.3.6 ECG 心跳量測方法
本實驗是使用 Electrocardiography(ECG)心電圖計算心跳(Heart Rate, HR)。需以電極貼片接收心肌電位的變化，電極貼片依黏貼位置可分為肢 導及胸導兩種: (1)肢導是將電極貼片貼於左右手腕及右腳踝等三個地
方，其中左手腕連接至電極正極，右手腕連接至電極負極，而右腳踝的 部分則是接地線； (2)胸導是將電極貼片貼於左胸倒數第三根肋骨、右邊 鎖骨下方及肩膀處，其中左邊肋骨是連接至電極正極，右邊鎖骨下方是 連接至電極負極，肩膀後方之肩胛肌則是連接地線，如圖 3-13，G 為接 地線。而因本實驗是以踩踏腳踏車進行工作負荷之模擬，因此選擇干擾 較小的胸導，其電極貼片所黏貼的部位極小有肌肉參與運動，因此造成 的干擾較小，若是使用肢導則易因肢體擺動增加干擾，影響數據之準確 性。
量測心跳時，訊號需經由生理訊號放大器(Dual Bio Amp)進行接收，
生理訊號放大器為 ADInstruments 製造，型號為 ML135，如圖 3-14，設 定其最大採樣範圍為 10 mV，高低濾波分別為 3 Hz 及 500 Hz，並設定在 60 Hz 做記號。電極貼片的黏貼皆由受過訓練之實驗人員執行，黏貼前先 以酒精棉片擦拭黏貼處，去除皮膚表面的油脂或皮屑，以免干擾電位傳 遞，並減少紀錄時之雜訊。
3.3.7 呼吸防護具內壓力與溫度量測方法
本實驗量測呼吸阻力使用之儀器為 Validyne Engineering 公司(USA) 所製造之壓力轉換器(Pressure Transducer)，如圖 3-15，型號為
VAL-P55D-1N232S4A，其可量測的壓力範圍為 140 mmH2O，精確度為±
0.25 %，可直接連接到生理訊號主機，為避免背景雜訊值的干擾，將其低
濾波設定為 200 mV。實驗過程中可讀取並記錄即時量測的數值，連接的 部分為壓力轉換器感應正壓連接頭，因此所量得的吐氣壓力為正值，吸 氣壓力為負值，在進行數據分析時，將會全部轉為正值。
為量測呼吸阻力，一律在呼吸防護具的左上方使用 TSI(USA)設計的 面罩測試組件(Fit Test Probe Kit)，型號為 8025，如圖 3-16，在使用矽膠 軟管連接呼吸防護具上之連接口至壓力轉換器之正壓連接頭。在每次量 測面罩內壓力之前，會先使用水銀壓力計進行校正，確認實驗時的壓力 皆為同一固定值。
本實驗使用 ADInstruments 製造之溫度偵測器(Nasal Temperature Probe)來偵測呼吸防護具內的溫度，如圖 3-17，型號為 MLT415，可以偵 測溫度的範圍為 0℃到 50℃，且在溫度 70℃以下仍可以保持穩定，表 3-3 為溫度偵測器在不同溫度區間內的溫度差。
在實驗開始之前，先使用兩杯溫度不同的水，同時置入溫度偵測器 在實驗開始之前，先使用兩杯溫度不同的水，同時置入溫度偵測器及水 銀溫度計，待其感應之溫度穩定後，記錄此時偵測之電壓值及對應之水 銀溫度計，以兩點校正法進行校正。而實際測量時，則是將溫度偵測器 放置在呼吸防護具靠進口鼻處以量測面罩內內罩溫度(Inside Inner Mask Temperature, IT)以及呼吸防護具內靠近臉頰處以量測面罩內溫度(Inside Mask Temperature, Tm)，如圖 3-18，訊號亦由生理訊號分析儀收紀錄。
3.3.8 呼吸頻率量測方法
本實驗量測呼吸頻率(Breathing Frequency, BF)的方法是經由分析受 測者呼吸壓力之波形估算，因完整呼吸的呼吸壓力包括吸氣與吐氣，所 以取一次吸氣及一次吐氣的波形為一個呼吸週期，分析時使用 Chart 5.0 軟體來分析，再計算一分鐘之呼吸週期次數，即為受測者之呼吸頻率，
其單位為 cycle/min。
3.3.9 呼吸防護具防護係數量測儀與量測方法
本實驗對實驗中各種型式之呼吸防護具進行模擬工作場所中防護係 數(Simulated Workplace Protection Factor)做量測，而在本研究中將此數據 定義為保護係數(Protection Factor, PF)，測量上是使用 TSI 公司(USA)製造 之呼吸防護具防護係數量測儀(PortaCount Pro+ Respirator Fit Tester)，如圖 3-19，型號為 8038，其可以量測的防護係數範圍為 1 到 10,000 以上，精 確度為讀值±10 %，可偵測的微粒大小範圍為 0.02 到 1 微米以上，呼吸防 護具防護係數量測儀器有兩個採樣口，分別為環境濃度採樣口以及面罩 內微粒濃度採樣口，環境微粒濃度採樣口採樣頻率為每五分鐘採樣一 次，而面罩內微粒濃度採樣口採樣頻率為每一秒鐘採樣一次，藉由面罩 內外微粒濃度比值而求得防護係數。環境中微粒濃度是藉由 TSI 公司製 造之微粒產生器(Particle Generator)，如圖 3-20，型號為 8026，其可利用
氯化鈉溶於水後霧化產生微粒，可產生粒徑大小為 0.04 微米之微粒，而 以便於環境微粒濃度上的穩定設定，實驗中環境濃度設定為每立方公分 15000 微粒。
3.3.10 腳踏車測功儀及作業內容模擬與負荷設定
本實驗模擬工作負荷之測功儀為 Lode B.V 公司(Netherlands)所製造 之腳踏車測功儀 Lode Corival Ergometer V2，圖 3-21，其最大可以負荷之
本實驗模擬工作負荷之測功儀為 Lode B.V 公司(Netherlands)所製造 之腳踏車測功儀 Lode Corival Ergometer V2，圖 3-21，其最大可以負荷之