W sprzęcie oczyszczającym powietrze wdychane przepływa przez element oczyszczający gdzie zatrzymywane są zanieczyszczenia. Ze względu na  odmienne sposoby zatrzymywania substancji toksycznych występujących w postaci: aerozoli (cząstki stałych i ciekłe), par lub gazów w sprzęcie oczyszczającym zastosowanie mają media (filtrujące – włókniny filtracyjne i/lub pochłaniające – sorbenty), determinujące sposób klasyfikacji i podziału tej grupy sprzętu przedstawiony w tabeli 1.

Tabela 1. Oczyszczający sprzęt ochrony układu oddechowego

Rodzaj zanieczyszczenia	Typ sprzętu oczyszczającego
Aerozole	Filtr  i część twarzowa lub Filtrująca część twarzowa
Pary i gazy	Pochłaniacz i część twarzowa lub Pochłaniająca część twarzowa
Mieszanina aerozoli, par i gazów	Filtropochłaniacz i część twarzowa lub Filtrującopochłaniająca część twarzowa

Elementy oczyszczające (filtry i pochłaniacze lub filtropochłaniacze) samodzielnie nie stanowią sprzętu ochrony układu oddechowego. Dopiero po połączeniu z odpowiednią częścią twarzową w postaci: ustnika, ćwierćmaski, półmaski, maski, kaptura lub hełmu  stanowią  sprzęt o odpowiednim stopniu skuteczności. Wyjątkiem są  półmaski filtrujące lub filtrującopochłaniające, które nie wymagają kompletowania z innym sprzętem, gdyż stanowią rodzaj sprzętu funkcjonującego samodzielnie.

Każdy rodzaj sprzętu oczyszczającego (filtry, pochłaniacze i filtropochłaniacze) może stanowić element sprzętu oczyszczającego ze wspomaganiem lub z wymuszonym przepływem powietrza.

Części twarzowe stosowane w sprzęcie oczyszczającym dzieli się na dwie grupy biorąc pod uwagę sposób ich dopasowania. W sprzęcie oczyszczającym bez wspomagania przepływu powietrza są używane jedynie części twarzowe określane nazwą szczelnie dopasowane. Do tej grupy zaliczyć należy: ustniki, ćwierćmaski, półmaski lub  maski, których niewielki procent przecieku wewnętrznego gwarantuje skuteczność ochrony (w szczególności dotyczy to przecieku przez nieszczelności w miejscach przylegania do skóry twarzy użytkownika i przez zawory). Spośród tej grupy części twarzowych najskuteczniejszą ochronę stanowią maski, które zapewniają maksymalny przeciek dla substancji zanieczyszczającej atmosferę na poziomie 0,05% przez obrzeże korpusu maski oraz 0,01% przez zawory. Dodatkowo są one zabezpieczeniem oczu i twarzy użytkownika, co powoduje, iż należy zalecać je do stosowania w przypadku wystąpienia zanieczyszczeń wymagających jednoczesnej ochrony układu oddechowego, oczu i twarzy.

Wprowadzenie dla sprzętu oczyszczającego dodatkowego wspomagania przepływu powietrza uzyskane na skutek wmontowania dmuchawy w obieg powietrza oddechowego,  rozszerza możliwości stosowania części twarzowych o kaptury i hełmy określane jako części twarzowe luźno dopasowane. Wiąże się to jednakże z wyraźnym podziałem tej grupy sprzętu oczyszczającego na dwie kategorie:

sprzęt oczyszczający ze wspomaganiem przepływu wyposażony w maski, ćwierćmaski lub półmaski; sprzęt oczyszczający z wymuszonym przepływem powietrza wyposażony w hełmy lub w kaptury.

Podział ten wynika bezpośrednio ze skuteczności ochrony zapewnianej przez odpowiednio skompletowaną część twarzową. Najbardziej skutecznym rozwiązaniem sprzętu oczyszczającego jest pierwsza z wymienionych kategorii, w wariancie z włączonym wspomaganiem przepływu. Na podkreślenie zasługuje fakt, iż tę wersję sprzętu można stosować również bez włączania nawiewu i wtedy skuteczność takiej ochrony jest na poziomie sprzętu bez wspomagania. Znajomość zasad funkcjonowania tej grupy ochron indywidualnych  pozwala na zmienne  w czasie regulowanie stopnia skuteczności, co na stanowiskach pracy, gdzie występuje czasowe nasilenie zanieczyszczenia stanowi najlepsze rozwiązanie. Godnym polecenia jest także stosowanie tego typu rozwiązań podczas prowadzenia prac w zanieczyszczonej atmosferze połączonej z uciążliwymi warunkami klimatycznymi, gdyż czasowe włączenie chłodzenia spowoduje poprawę komfortu oddychania.      

Sprzęt oczyszczający z wymuszonym przepływem powietrza, ze względu na rodzaj stosowanej części twarzowej,  można jedynie użytkować z włączonym zasilaniem dmuchawy. Luźno dopasowany charakter części twarzowych wymaga dodatkowego rozwiązania zapewniającego odpowiednią szczelność. Warunek ten jest zapewniany przez wytwarzanie  nadciśnienia pod częścią twarzową, które uniemożliwia zasysanie zanieczyszczeń. Zapewnieniem odpowiedniej skuteczności jest w tym przypadku ciągły przepływ powietrza na poziomie co najmniej minimalnego, określonego przez producenta, objętościowego natężenia przepływu. Mimo oferowanej niższej skuteczności w porównaniu ze sprzętem ze wspomaganiem, ochrony z wymuszonym przepływem powietrza, stanowią interesujące rozwiązanie, głównie, ze względu na różnorodność rozwiązań  części twarzowych, które w wielu przypadkach umożliwiają jednoczesną ochronę układu oddechowego, oczu i twarzy użytkownika. Należy jednak podkreślić, że w takich przypadkach musi on spełniać wymagania stawiane wszystkim trzem ochronom, zawarte w normach PN-EN 12941:2002, PN-EN 12942:2002,  PN-EN 166:2005 , PN-EN 175:1999.  

Tego typu rozwiązania preferowane są na stanowiskach spawania, w przemyśle chemicznym, rolnictwie oraz w przemyśle wydobywczym. Dodatkowo sprzęt ten, po spełnieniu wymagań odpowiednich norm może być stosowany w atmosferze zagrożonej wybuchem, przy jednoczesnym znacznym zapyleniu atmosfery.  

Sprzęt filtrujący w postaci filtrów kompletowanych z częściami twarzowymi lub półmasek filtrujących stosowany jest w przypadkach wystąpienia zanieczyszczenia powietrza aerozolami (pyły, dymy lub mgły) w stężeniach przekraczających ich wartości normatywne NDS.

W sprzęcie filtrującym cząstki aerozolu zanieczyszczającego powietrze może się przedostawać do strefy oddychania użytkownika przez:

materiał filtracyjny (penetracja), nieszczelności obrzeża części twarzowej, zawory wydechowe (jeżeli są zamontowane).

Podstawowymi parametrami ochronnymi, determinującymi zakres stosowania sprzętu filtrującego jest przeciek wewnętrzny oraz penetracja materiału filtracyjnego. Wartość penetracji, wyznaczana wobec standardowych aerozoli tj. chlorku sodu i mgły oleju parafinowego określa do której klasy ochronnej można zaliczyć filtr. Wymagane poziomy penetracji klasyfikujące filtry zgodnie z normą PN-EN 143:2004/A1:2006 [33] są następujące:

KLASA 1 - penetracja - 20%, KLASA 2 - penetracja -   6%, KLASA 3 - penetracja -   0,05%.

Obliczone wartości całkowitego przecieku wewnętrznego dla sprzętu filtrującego w wersji filtrów skompletowanych z maskami lub półmaskami przedstawiono w tabeli.

Ta sumaryczna wartość przecieku dla każdej klasy ochronnej jest elementem służącym do określenia dla jakiej górnej granicy stężenia zanieczyszczenia atmosfery stanowiska pracy, dany sprzęt będzie stanowił wystarczające zabezpieczenie.  

Drugim typem sprzętu filtrującego są półmaski filtrujące, w których oczyszczane powietrze przechodzi przez całą dostępną powierzchnię części twarzowej wykonanej z materiału filtrującego. Dla tej konstrukcji sprzętu przeprowadzane są badania laboratoryjne całkowitego przecieku wewnętrznego. Wartości liczbowe całkowitego przecieku wewnętrznego określone zgodnie z normą PN-EN 149:2004, podano w tabeli.

Jedynie rodzaj aerozolu i stężenie zanieczyszczenia w powietrzu stanowi kryterium doboru klasy ochronnej sprzętu filtrującego. Sprzęt filtrujący wszystkich trzech klas ochronnych może być stosowany przy zagrożeniach aerozolami w zależności od spełniania przez niego wymagań w zakresie penetracji. Wybór klasy ochronnej odpowiedniej dla stężenia zanieczyszczenia na stanowisku pracy należy dokonać kierując się wartościami granicznymi całkowitego przecieku wewnętrznego, która to wartość określa poprzez wskaźnik ochrony krotność obniżenia stężenia zanieczyszczenia pod częścią twarzową dla danych warunków środowiska pracy.

Obowiązkiem producenta sprzętu ochrony układu oddechowego powinno być ścisłe definiowanie zakresu stosowania konkretnego typu sprzętu, z uwzględnieniem wszelkich możliwych wariantów połączeń filtrów z częściami twarzowymi.

Sprzęt pochłaniający występujący w postaci pochłaniaczy kompletowanych z częściami twarzowymi (maski, półmaski lub ćwierćmaski) lub w postaci półmasek pochłaniających jest stosowany, gdy występują zanieczyszczenia powietrza w postaci par lub gazów.

Skuteczność sprzętu pochłaniającego, podobnie jak sprzętu filtrującego, zależy od rodzaju zastosowanej części twarzowej i jest zgodna z treścią zapisów zawartych w punkcie Części twarzowe. Zasada działania elementów pochłaniających wyklucza penetrację (określaną dla filtrów) substancji toksycznych przez te elementy. Poszczególne wersje pochłaniaczy różnią się między sobą rodzajem zastosowanej masy chłonnej, wiążącej znajdujące się w powietrzu zanieczyszczenia na zasadzie adsorpcji, chemisorpcji lub katalizy.

Wszystkie elementy pochłaniające dzieli się na typy i klasy zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 14387:2006 [32]. Według tej normy oznaczenie pochłaniaczy przeznaczonych do ochrony przed poszczególnymi substancjami polega na przypisaniu poszczególnym typom pochłaniaczy symboli literowych oraz barwy wyróżniającej. Oznaczenia dla poszczególnych typów są następujące:

typ oznaczony literą A oraz barwą brązową - przeznaczony do ochrony przed określonymi przez producenta organicznymi parami i gazami, o temperaturze wrzenia powyżej 65°C; typ oznaczony literą AX oraz barwą brązową - przeznaczony do ochrony przed określonymi przez producenta organicznymi parami i gazami o temperaturze wrzenia poniżej 65°C; typ oznaczony literą B oraz barwą szarą - przeznaczony do ochrony przed określonymi przez producenta nieorganicznymi parami i gazami, z wyjątkiem tlenku węgla; typ oznaczony literą E oraz barwą żółtą - przeznaczony do ochrony przed dwutlenkiem siarki oraz innymi określonymi przez producenta parami i gazami kwaśnymi; typ oznaczony literą K oraz barwą zieloną - przeznaczony do ochrony przed amoniakiem oraz określonymi przez producenta organicznymi pochodnymi amoniaku; typ oznaczony symbolem SX oraz barwą fioletową - przeznaczony do ochrony przed określonymi przez producenta substancjami, tzw. pochłaniacz specjalny.

Ponadto wyróżniono dwa typy elementów filtropochłaniających:

typ oznaczony NO-P3 oraz barwami niebieską i białą - przeznaczony do ochrony przed tlenkami azotu; typ oznaczony Hg-P3 oraz barwami czerwoną i białą - przeznaczony do ochrony przed rtęcią.

Wszystkie elementy pochłaniające dzieli się ponadto na trzy klasy ochronne: 1, 2 i 3, określając je jako elementy pochłaniające o:

niskiej pojemności sorpcyjnej, przeznaczone do ochrony przed gazami lub parami o stężeniu objętościowym w powietrzu nie przekraczającym 0,1%; średniej pojemności sorpcyjnej, przeznaczone do ochrony przed gazami lub parami o objętościowym stężeniu w powietrzu nie przekraczającym 0,5%; wysokiej pojemności sorpcyjnej, przeznaczone do ochrony przed gazami lub parami o objętościowym stężeniu w powietrzu do 1% .

Dla użytkowników istotną sprawą jest czas, w którym pochłaniacz spełnia swoją funkcję. Czas ten określany jest jako czas ochronnego działania i jest funkcją pojemności sorpcyjnej. Zależy on od wentylacji minutowej płuc - będącej miarą wydatku energetycznego człowieka wykonującego pracę, stężenia substancji, temperatury oraz wilgotności powietrza. W praktyce nie jest możliwe określenie dokładnego czasu działania ochronnego pochłaniacza. Ustalony na podstawie badań laboratoryjnych czas ochronnego działania odpowiada przyjętym standardowym warunkom badań i może być stosowany jedynie do celów porównawczych. W tabeli 5.3 przedstawione zostały minimalne wymagane czasy przebicia wobec substancji testowych, dla poszczególnych klas pochłaniaczy typu AX, A, B, E i K oraz filtropochłaniaczy NO-P3 i Hg-P3.

Tabela 2. Pojemność sorpcyjna pochłaniaczy AX, A, B, E i K oraz   filtropochłaniaczy
                  NO-P3 i Hg-P3

Typ i klasa pochłaniacza/ /filtropo-chłaniacza	Gaz testowy	Minimalny czas przebicia w warunkach badania [min]
AX	Eter metylowy Izobutan	50 50
A1	Cykloheksan	70
B1	Chlor Siarkowodór Cyjanowodór	20 40 25
E1	Dwutlenek siarki	20
K1	Amoniak	50
A2	Cykloheksan	35
B2	Chlor Siarkowodór Cyjanowodór	20 40 25
E2	Dwutlenek siarki	20
K2	Amoniak	40
A3	Cykloheksan	65
B3	Chlor Siarkowodór Cyjanowodór	30 60 35
E3	Dwutlenek siarki	30
K3	Amoniak	60
NO-P3	Tlenek azotu Dwutlenek azotu	20 20
Hg-P3	Pary rtęci	100 godzin

W przypadku pochłaniaczy typu SX (przeciwko specyficznym związkom)
czas przebicia powinien być nie mniejszy niż wartość obliczona wg wzoru:

       

Gdzie Ci jest stężeniem gazu testowego określonym przez producenta.

UWAGA: Najkrótszy czas przebicia podany w tabeli dla badań laboratoryjnych w standardowych warunkach nie daje żadnych wskazówek o możliwym czasie pracy elementu pochłaniającego. Czas pracy elementów pochłaniających może się wydłużać lub skracać w zależności od warunków użytkowania.

Na podkreślenie zasługuje zapis z normy PN-EN 14387 [32] zawarty przy każdej definicji typu pochłaniacza (A,B,K,E) o deklaracji, którą powinien złożyć producent określając związki w postaci par lub gazów przeciwko, którym dany pochłaniacz stanowi wystarczające zabezpieczenie. Dla przykładu określenie dla pochłaniacza typu A, że stanowi ochronę przed parami i gazami organicznymi, których temperatura wrzenia jest powyżej 65oC, należy uzupełnić zapisem, że są to pary i gazy organiczne określone przez producenta. Informacja dotycząca szczegółowego zakresu stosowania powinna być umieszczana w instrukcji użytkowania.        

Graniczne wartości stężeń substancji toksycznych, przy  których należy stosować odmienne klasy ochronne pochłaniaczy (klasa 1, 2, 3)  są bezpośrednio związane  z ilością zawartej w pochłaniaczu masy sorpcyjnej. Pochłaniacze klasy 2 odznaczają się z reguły 2-5 krotnie większą pojemnością sorpcyjną w stosunku do pochłaniaczy klasy 1. Uwzględniając wymagania odnośnie warunków prowadzenia badania pojemności sorpcyjnej - podstawowego parametru ochronnego pochłaniaczy - szacuje się, że pochłaniacz klasy 1 stosuje się, gdy objętościowe stężenie gazu lub pary w powietrzu nie przekracza 0,1%,  pochłaniacz klasy 2 wartości 0,5%, a pochłaniacz klasy 3  wartości 1%. Wystąpienie stężeń par i gazów powyżej tej granicy wskazuje potrzebę stosowania do ochrony układu oddechowego sprzętu izolującego.

Określenie stężeń granicznych w postaci procentów objętościowych znajduje swoje pokrycie w warunkach badań pojemności sorpcyjnej według normy PN-EN 14387:2006 [32] ściśle zdefiniowanych  dla poszczególnych typów i klas pochłaniaczy. Znajduje to swoje odbicie w zapisach zakresu stosowania odpowiednich typów i klas pochłaniaczy.

Ponieważ dla substancji toksycznych  wartości Najwyższych Dopuszczalnych Stężeń podawane są w mg/m3 poniżej podano sposoby przeliczeń tych wartości na procenty objętościowe.
Przeliczanie stężenia wyrażonego w mg/m3 i ppm na procenty objętościowe.

1. 100 % objętościowych - 1000000 ppm
        1 % objętościowy    -     10000 ppm
        0,5 % objętościowego -   5000 ppm
        0,1 % objętościowy     -   1000 ppm

2. Wykorzystując gęstość danego związku

       

   przy założeniu, że

         

można określić dowolną objętość w procentach objętościowych

       

gdzie, szukana objętość x wynosi 0,001 m³.

Ze wzoru na gęstość wynika, że masa danego związku odniesiona jest do jednostkowej objętości, można wyznaczyć dowolną masę o znanej objętości, np.:

10 kg - 1 m3  x kg - 0,001 m³
 
3. Wykorzystując liczbę moli danego związku.

         

gdzie: n - liczba moli,
  m - masa związku,
          M. - masa molowa związku

Przyjmując, iż 1 mol związku ma objętość 22,4 dm³ możemy dowolną liczbę moli odnieść do objętości, np.:

1 mol - 22,4 dm³
5 moli - x dm³

Mając objętość danego związku, można wyznaczyć stężenie objętościowe:

       

4. Wykorzystując zależności:

Przy temp. 20°C

       

Przy temp. 25°C

       

Czas skutecznego działania pochłaniaczy zależy od następujących czynników [8]:

typu pochłaniacza, pojemności sorpcyjnej, wilgotności i temperatury otaczającego powietrza, stopnia uciążliwości pracy, stężenia pary lub gazu w powietrzu, rodzaju gazu lub pary.

Dla użytkownika konieczność stosowania pochłaniaczy wiąże się z trudnościami w określeniu momentu, w którym niezbędna jest jego wymiana spowodowana nasyceniem sorbentu.   Dalsze użytkowanie elementu pochłaniającego powoduje, że użytkownik zaczyna oddychać zanieczyszczonym powietrzem. Z analizy rodzaju czynników  wpływających na czas skutecznego działania pochłaniaczy  wynika, że ocena laboratoryjna umożliwia jedynie sprawdzenie minimalnych wymagań, co do czasu ochronnego działania w stosunku do wytypowanych substancji testowych, będących w mieszaninie gazu pomiarowego w stosunku objętościowym odpowiednim do deklarowanej przez producenta klasy ochronnej.  Zapis w normie PN-EN 14387:2006 mówiący o zachowaniu proporcjonalności pomiędzy czasem ochronnego działania, a objętościowym stężeniem zanieczyszczenia w postaci par lub gazów umożliwia obliczenie zmiany czasu ochronnego działania w stosunku do minimalnego czasu określonego w normie PN-EN 14387 [32], w przypadku, gdy pochłaniacz użytkowany jest w innym niż testowe objętościowym stężeniu par lub gazów. Nie uwzględnia to jednak innych czynników, które powodują zmianę właściwości ochronnych pochłaniaczy.

Najpowszechniej stosowaną metodą oceny stopnia zużycia pochłaniaczy jest wykorzystanie ostrzegawczych cech substancji chemicznych takie jak: zapach, smak, drażnienie błon śluzowych. Postępowanie takie ma jednak swoje słabe strony. Istnieją bowiem trzy grupy substancji chemicznych, biorąc jako kryterium podziału, porównanie progowych stężeń zapachu z normatywami higienicznymi.

Są to związki odznaczające się:

granicznym stężeniem zapachu niższym niż wartość higienicznego normatywu (NDS); granicznym stężeniem zapachu równym niż wartość higienicznego normatywu (NDS); granicznym stężeniem zapachu wyższym niż wartość higienicznego normatywu (NDS).

Do trzeciej z wymienionych grup zaliczono wiele niebezpiecznych dla człowieka substancji chemicznych, które wyczuwalne są zmysłami węchu, gdy ich stężenie w powietrzu jest niebezpieczne dla organizmu człowieka. Dobierając więc sprzęt pochłaniający należy poddać dokładnej analizie rodzaj czynników chemicznych występujących w środowisku pracy i oszacować czas skutecznego działania uwzględniając wszystkie czynniki wpływające na zmianę ich pojemności sorpcyjnej.

Sprzęt pochłaniający, oprócz pochłaniaczy kompletowanych z częściami twarzowymi, występuje w postaci półmasek  pochłaniających. W odróżnieniu od półmasek filtrujących, oznaczanych symbolem „FF”, półmaski pochłaniające znakowane są symbolem „FM” przed określeniami identyfikującymi typ i klasę ochronną. Wymagania, metody badań i sposoby znakowania tego typu sprzętu zawarte są  PN-EN 405:2005 [48], (dotyczy półmasek pochłaniających z zaworami). Wymagania w zakresie parametrów ochronnych odpowiadają wartościom określanym dla pochłaniaczy. Tym samym dla półmasek pochłaniających obowiązują te same zasady podziału na typy i klasy (A1, B1, K1, E1...). Z powyższego wynika, że do półmasek pochłaniających można zaliczyć tylko takie rozwiązania sprzętu  ochrony układu oddechowego, które gwarantują spełnienie wymagań w zakresie parametrów ochronnych i użytkowych zawartych w normie PN-EN 405:2005 [48]. Należy zatem pamiętać, że wszystkie  półmaski filtrujące, które spełniają jedynie wymagania norm PN-EN 149:2004 [39], a posiadają w materiale filtracyjnym warstwy sorbentu poprawiające walory użytkowe, nie stanowią sprzętu kwalifikowanego jako sprzęt pochłaniający.

Największym problemem dla użytkowników sprzętu pochłaniającego są bardzo lotne substancje oraz mieszaniny różnych związków chemicznych [8]. Wynika to z faktu, że w masie sorpcyjnej, stanowiącej wypełnienie pochłaniacza, substancje te mogą ulegać rozdzieleniu.  Substancja o większej lotności może był trudniej adsorbowana, i jest łatwiej wypierana przez substancję o mniejszej lotności. Zjawisko to przyczynia się do przyspieszenia momentu przebicia pochłaniacza.

Generalnie, zaleca się aby przy doborze poszczególnych typów pochłaniaczy do zagrożeń układu oddechowego substancjami toksycznymi w postaci par lub gazów stosować zasadę podobieństwa chemicznego substancji. Zasadę tę należy stosować ostrożnie, szczególnie w odniesieniu do związków chemicznych, co do których nie wykonano badań laboratoryjnych.  

Sprzęt filtrująco-pochłaniający jest przeznaczony do jednoczesnej ochrony układu oddechowego przed parami, gazami i aerozolami. Stanowi więc połączenie funkcji spełnianych przez filtry i pochłaniacze, jak również półmaski filtrujące i filtrująco-pochłaniające. Wszystkie zasady dotyczące skuteczności, kryteriów oceny, sposobu klasyfikacji i znakowania omawiane dla filtrów i pochłaniaczy oraz półmasek filtrujących i filtrująco- pochłaniających muszą być spełnione łącznie, aby sprzęt zaliczyć do kategorii sprzętu filtrująco-pochłaniającego.