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扫描电镜【辨】口罩——不服来【辩】

日期:2020-03-18

    面对2020年初的新型冠状病毒疫情,全国人民心手相连,众志成城,共克时艰。疫情期间,口罩、额温枪等物资成了大家日常接触的"小伙伴"。经常会有朋友问小编:如何判断我买的口罩是真的假的呢?
    要准确回答这个问题其实非常困难。国标"GB/T 32610-2016"、"GB 2626-2006"等都对口罩等呼吸防护用品有着严格的规定,从过滤效率、泄露效率、呼气阻力、气密性、死腔等指标有着明确的实验测试方法及判断标准。这类标准虽然准确,却也繁琐,虽然能判定口罩真假,却难判定口罩是否是"二手货"(因为很多二手口罩经过处理后主要指标都与全新口罩无异)。

    我们有没有一种实验手段可以在较高准确率下既能实现快速筛查,又可以鉴别口罩是否是"二手货"呢?

    众所周知,口罩对于灰尘、唾沫(防护病毒也是通过防护携带病毒的唾沫)等的防护主要依靠其物理性质,口罩过滤层的纤维粗细、孔径大小和过滤层的厚度会直接影响口罩的防护能力和过滤效率。我们如果能直接观察并测试这些指标的话是不是就能快速有效地筛选口罩了?

    除此之外,小编还分别做了高空气污染环境下的口罩检测以及二手烟环境下的口罩检测,以验证在这些环境下做好呼吸防护的必要性。

    为了验证上述猜想,小编使用台式扫描电子显微镜并搜集了各类口罩做了一系列对比实验。

扫描电镜使用口罩

11)某常见的医用外科口罩1;(2)某常见的医用外科口罩2;(3)累计使用4小时的医用外科口罩;(4)待鉴定的"三无"口罩;

 

扫描电镜下的医用外科口罩图片

医用外科口罩1中间过滤层(熔喷布层)的扫描电镜照片。可以看到该层密集排布着1 - 15 um的纤维结构。

 

扫描电镜下的医用外科口罩中间层图片

医用外科口罩2中间过滤层(熔喷布层)的扫描电镜照片。可以看到该层密集排布着1 - 15 um的纤维结构。

 

扫描电镜下的医用外科口罩熔喷布层图片

累计使用过4小时的医用外科口罩3的中间过滤层(熔喷布层)。纤维结构排布和前两种类似,同时发现直径3-4 um的颗粒物。

 

扫描电镜下的三无口罩图

待鉴定的"三无"口罩中间层的扫描电镜图。纤维非常粗大,普遍在约15 um以上,孔洞粗大。这种大的孔洞无法有效过滤污染物。

 

医用口罩中间过滤层(熔喷布)截面的扫描电镜图

图6 医用口罩中间过滤层(熔喷布)截面的扫描电镜图。从截面看纤维排布致密,中间有一道明显的压印痕迹,是口罩生产过程中压制导致的。

 

三无口罩中间层的截面扫描电镜图

图7 三无口罩中间层的截面扫描电镜图。可以看到纤维排列松散,纤维粗大,孔洞也很大,无法有效过滤。

 

        刚刚我们看到了日常环境下佩戴4小时的医用口罩扫描电镜图片,上面的颗粒非常少,这也说明我们日常生活的空间其实是比较干净的。那如果换成高污染环境呢?我们想到模拟高污染环境和二手烟环境下的口罩进行对比实验。

 

 模拟高污染环境下佩戴过的口罩中间过滤层的扫描电镜图片

图8 模拟高污染环境下佩戴过的口罩中间过滤层的扫描电镜图片。

 

        为避免污染对人身体造成伤害,我们将口罩戴到车载吸尘器上,在高污染环境下抽气5分钟,这时的吸气量与人呼吸4小时相似,以此作为参考。我们可以看到口罩过滤层上密密麻麻的遍布着2 - 15 um大小的颗粒,如果没有口罩的过滤,这些颗粒将全部被吸到肺部,并对人体造成伤害。

那吸二手烟的环境下又如何呢?

 

二手烟环境下佩戴过的口罩中间过滤层的扫描电镜图片

图9 二手烟环境下佩戴过的口罩中间过滤层的扫描电镜图片。

        同样,我们使用吸尘器替代了人的口鼻。在一个密闭的充满烟味的房间中持续抽气5分钟这时的吸气量与人呼吸4小时相似,以此作为参考。与高污染环境下相似,口罩的过滤层上也遍布着大大小小的颗粒,如果不戴口罩,这些颗粒将会被直接吸入肺里。所以,为了家人和身边人的健康,还是少抽烟吧。

 

结论:(1)良品医用口罩的的过滤层纤维大约1-15um,并且非常致密,可以有效隔绝污染及携带病毒的唾沫;

          (2)劣质口罩过滤层纤维粗大且蓬松,对于大多数污染物没有办法起到过滤作用;

          (3)使用扫描电镜对于本次试验样本可以在几分钟内快速分辨口罩质量优劣,但是缺乏大量的样本做支撑,希望有识之士可以一同参与设计和采样,进一步加快和优化口罩检测效率;

          (4)高污染环境和吸烟环境下会产生大量污染颗粒,因此务必佩戴医用口罩,也请为了家人和身边朋友的健康减少抽烟。

 

参考文献:

1. 国标GB2626-2006呼吸防护用品

2. 国标GBT_32610-2016_日常防护型口罩技术规范

3.百度百科(口罩):

https://baike.baidu.com/item/%E5%8F%A3%E7%BD%A9/3416459?fr=aladdin

 

        本次实验采用的是国内首套完全自主研发的台式扫描电镜ZEM15拍摄完成:

 

        想了解更多实验细节及研究案例可发送邮件至support@zeptools.com详询。欢迎访问公司网站:http://www.zeptools.com


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作者:小攸


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