Una percentuale che confronta due conteggi
PFE sta per particle filtration efficiency, efficienza di filtrazione particellare. È la frazione di particelle trattenuta da un materiale filtrante, calcolata da due conteggi fatti nello stesso istante: quante particelle ci sono nell’aerosol a monte del campione e quante ne restano a valle. Se a monte se ne contano diecimila e a valle duecento, la PFE è del 98%.
Il termine nasce nel lessico delle mascherine mediche e serve a separare due misure che si somigliano. La PFE si fa con particelle inerti, cioè non biologiche, e sottili; l’altra misura corrente, la BFE, si fa con un aerosol di batteri, molto più grossi. Sono due prove distinte con due numeri distinti, e il fatto che entrambe si esprimano in percentuale è la causa di quasi tutti gli equivoci.
La particella che si usa nella prova, e perché proprio quella
Il metodo di riferimento storico è la ASTM F2299/F2299M, che determina l’efficienza iniziale dei materiali per mascherine mediche usando sfere di lattice monodisperse, cioè tutte della stessa dimensione, con un valore nominale di 0,1 micrometri. Il metodo ammette un intervallo che arriva fino a 5 micrometri, ma le prove che contano si fanno nella parte bassa.
La ragione sta nella fisica del mezzo filtrante, che non è un setaccio: le fibre sono molto più distanti fra loro delle particelle che fermano. Una fibra cattura una particella in tre modi. Le particelle grandi hanno inerzia e non riescono a seguire l’aria che gira attorno alla fibra: la colpiscono, ed è l’impatto inerziale. Quelle un po’ più piccole seguono la corrente ma la sfiorano abbastanza da toccarla, ed è l’intercettazione. Quelle piccolissime non seguono affatto una traiettoria, perché le molecole d’aria le sballottano di continuo: questo moto casuale, la diffusione, le fa sbattere contro le fibre da sole.
Fra i due regimi resta una fascia scomoda, indicativamente fra 0,04 e 0,4 micrometri, dove la particella è già troppo leggera perché l’inerzia la butti sulla fibra e ancora troppo pesante perché la diffusione la muova in modo apprezzabile. È la dimensione di massima penetrazione, in sigla MPPS, e per i mezzi puramente meccanici cade attorno ai 0,3 micrometri. Provare un filtro lì significa provarlo nel caso peggiore: sulle particelle più grandi e su quelle più piccole se la cava meglio, e questa è la ragione per cui i valori dichiarati a 0,3 micrometri sono i più conservativi che si possano dare. Nei mezzi caricati elettrostaticamente la fascia si sposta, perché l’attrazione di carica lavora anche dove i tre meccanismi meccanici sono deboli.
PFE e BFE misurano cose diverse
La BFE, efficienza di filtrazione batterica, si misura con un aerosol di Staphylococcus aureus di diametro medio 3,0 micrometri, con tolleranza di tre decimi, aspirato attraverso il campione a 28,3 litri al minuto e raccolto da un impattore a sei stadi. È il metodo dell’allegato B della EN 14683 per le mascherine mediche, che le divide in tipo I con almeno il 95% e tipo II con almeno il 98%.
Tre micrometri e un decimo di micrometro non sono la stessa sfida. Un materiale può trattenere il 99% di un aerosol batterico e molto meno delle particelle submicroniche, perché nella fascia di massima penetrazione i meccanismi di cattura sono al minimo. Per questo un valore di BFE alto non autorizza a dedurre un valore di PFE alto, e viceversa. La stessa prudenza vale per l’aerosol biologico: è un vettore di prova con una certa dimensione, non una dichiarazione su ciò che il materiale fa con un microrganismo diverso.
La PFE nelle classificazioni: ASTM F2100
La norma statunitense che classifica le mascherine mediche, la ASTM F2100, mette la filtrazione submicronica accanto ad altre quattro prove: filtrazione batterica, differenza di pressione, penetrazione di sangue sintetico e infiammabilità. I livelli sono tre. Il livello 1 chiede almeno il 95% sia di filtrazione batterica sia di filtrazione particellare a 0,1 micrometri; i livelli 2 e 3 chiedono almeno il 98% per entrambe, e si distinguono fra loro per la pressione a cui il materiale regge il getto di sangue sintetico.
Anche il metodo è cambiato. Con la revisione del 2023 la prova submicronica non rimanda più alle sfere di lattice della ASTM F2299 ma alla ASTM F3502, che usa un aerosol di cloruro di sodio. Non è un dettaglio da specialisti: i due aerosol non danno lo stesso numero sullo stesso materiale, quindi due valori di PFE di epoche diverse non sono confrontabili senza sapere con quale metodo sono stati ottenuti.
Un numero di PFE senza le sue condizioni non dice niente
Il valore dipende da almeno quattro cose oltre al materiale: la dimensione delle particelle, la portata o la velocità frontale dell’aria, se si è provato il solo tessuto o il dispositivo montato, e se il mezzo è caricato elettrostaticamente. Alzare la portata abbassa l’efficienza, perché le particelle passano più in fretta e la diffusione ha meno tempo per lavorare; provare a 5 micrometri invece che a 0,1 la alza di molto. Due numeri di PFE che non dichiarano queste condizioni non si possono mettere in fila, e la parola iniziale nel nome del metodo, efficienza iniziale, dice l’ultima variabile: il valore è quello del materiale nuovo, prima di qualsiasi uso.
C’è infine un termine vicino da non confondere. La EN 149, per i facciali filtranti, non pubblica un’efficienza ma una penetrazione: dichiara quanta parte dell’aerosol passa, con cloruro di sodio e olio di paraffina a 95 litri al minuto. Un 6% di penetrazione corrisponde a un 94% di efficienza, ed è lo stesso dato letto dall’altro verso.
