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 影片带你走进N95口罩 揭开N95口罩背后的秘密——“95”是什么意思

本文来自Chem-Station日文版 新型コロナウイルスをブロックする「N95マスクの95って一体何?」などN95マスクの秘密が一発で分かるムービーが登場 Zeolinite

翻译投稿 炸鸡 校对 HaoHu

自从新型冠状病毒(COVID-19)爆发以来,口罩瞬间成为世界目光的焦点,就连当初对口罩抵御病毒持怀疑态度的WHO现在也承认了口罩抵御病毒的效果。YouTube上发布过很多支关于物理方面的影片的minutephysics频道对口罩中性能最好的——N95口罩防御病毒和粉尘的原理做了相关解说。(引用:Gigazine 6月19日)

日本近一周新确诊病例不断攀升,媒体上关于今年夏天要不要戴口罩这个话题讨论很激烈,但是另一种媒体导向也尤为明显,很多电视网络节目宣传“无纺布口罩=完全没作用,N95口罩=性能高,适用于防止传染”,这一观点无疑是无视了每天佩戴N95口罩这一行为的不现实性,一味地强调N95口罩的高性能。在网上有很多科学,正确地解说N95口罩性能的文章,这次就介绍其中的一个来自Youtube的视频。

这支影片来自在YouTube上发布过很多支关于物理方面的影片的minutephysics频道,旨在说明N95口罩的性能,定义以及正确的使用方法。

首先是N95口罩捕捉病毒的原理,N95口罩通过1)惯性相撞,2)扩散,3)静电引力这三个原理来防止口罩中的病毒进入人体。无纺布口罩也有1)和2)原理 ,在之前介绍的庆义大学理工学部的奥田知明教授的影片里有所介绍。但是3)是N95口罩独有的,N95口罩中的纤维带正电,因为静电引力的缘故纤维会吸附粒子

N95口罩发挥作用的三个原理图,这张图列出了4个原理,其中Internal impaction和Interception 同属于惯性相撞原理(来源:CDC

要想纤维带电,就必须使用静电纺丝这一特殊的制造方法来制作纤维,利用静电纺丝技术能制造出直径仅为nm级别的且带正电的纤维。

实验室里用静电纺丝技术制作纤维

但是因为这个方法不适合大量制作无纺布,而且N95口罩只能用于医疗和工业用途。但是,纳米纤维的用途正在不断扩大,各公司正在开发生产效率高的制造方法

接下来为读者解答:到底什么口罩才算是N95口罩,N95口罩是符合美国国家劳动安全卫生研究所(National Institute of Occupational Safety and Healt, NIOSH)规定的呼吸器防护规格(42 CFR Part 84 Respiratory Protective Devices)的N95级别的一类口罩。95的意思是,可以捕捉95%的直径0.3μm的悬浮粒子(NaCl或邻苯二甲酸二辛酯:DOP),N95中的N表示没有耐油性。NIOSH规格也有其他种类,有比95捕捉能力高的99100,也有耐油性的R级和防油性的P级口罩

 根据42 CFR Part 84的口罩分类

日本也有口罩的规格。在日本防护口罩按以下的性能区分标准区分。NaCl是在没有防油性的情况下充当试验粒子,日本的S相当于NIOSH中的N。

 防护型口罩的分类

即使规格不一致,但是口罩性能评价方法是一致的,N95和RS2,DS2具有等同的性能(NIOSH里面没有对一次性口罩和可替换口罩做区分。)。更高性能的N100口罩也有销售,不过只有在石棉,二噁英,铟等对人体有严重危害的物质的微粒子环境中进行作业时才使用。笔者曾经戴着N95口罩处理过金属,但是总是觉得呼吸困难,日常生活里戴着它几乎是不可能的。因此,戴着比N95口罩高2倍的呼吸压力的N100口罩生活几乎是不可能的。

 3M的P100口罩(来自:3M

首先我们要明白,仅能捕获95%的直径为0.3μm的悬浮颗粒并不意味着能捕捉95%的诸如病毒之类的小颗粒,它仅评估捕捉最难捕捉的0.3μm颗粒的性能,那么同理对直径比0.3μm更小的粒子,口罩的捕捉效率也很高。

 捕捉效果和效率随粒子直径的变化(来自:CDC

影片的最后展示了N95口罩的正确使用方法,口罩必须要贴面带否则没效果,如果用水,酒精或者漂白剂清洗口罩的话,口罩纤维捕捉粒子的能力会降低,所以不推荐清洗后重复使用。

下面开始题外话,当市面上无纺布口罩不存在供不应求的问题时,劣质,次品的口罩就会流通在市面上,这会是个很严重的问题。无纺布口罩虽然没有N95这样的性能规格,但是有作为医用口罩的规格,如ASTM F2100-19。在规格上,有下述的1到3三个不同等级的基准,等级越高,微粒子的透过率越低,液体的耐压越高。虽然我没有在药店里看到过符合这个规格的口罩,但是好像在日本也生产符合这个规格的口罩。

 1.细菌过滤率(%):代表包含细菌在内的直径约为3μm的粒子的过滤率。

 2.微粒子过滤率(%):代表直径平均约为0.1μm的微粒子的过滤率。

 3.呼气阻力(H2O/2):代表戴上后呼吸的容易程度。

 4.血液不浸透性(㎜Hg:代表当液体(血液)飞溅到口罩上时,口罩能承受多大的压力。

 5.引燃性:代表在使用电手术刀的手术室等,火焰不易扩散的程度。分为1 ~ 3三个等级,数值越小表示越不容易燃烧。

 ASTM F2100-19基准示意图

 符合ASTM F2100-11 Level 1标准的口罩,包装盒的右下方标明了等级。(来自:職業慣性制御研究会

现在药店里尽管有琳琅满目的口罩品种,但这些口罩大多数都未标明它们的粒子透过率这样的基本性能,这样的现象当然会给人一种戴着很不舒服而且没有科学依据的印象。原理上讲,呼吸困难=粒子的透过率较低/呼吸容易=粒子的透过率高的关系,应该用上述的透过率和呼气阻力等值表达戴上口罩后的呼吸舒适程度。如果不用具体的数值表示性能而改用一句话描述性能,可以借用规格来说明,如果将此规格引入到各个口罩生产厂家就可以清除劣质口罩了。尽管我们在买一些商品时有时会被包装袋上的甜言蜜语所误导,但还是有像汽车汽油或者家庭空调的节能等级之类的用数字来表示性能的商品,顾客可以根据数值选择符合自己使用目的的商品,如果这样的意识能在大众里普及,那么任何人都可以以科学的基础知识来判断商品。

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