掃描電鏡【辨】口罩——不服來(lái)【辯】
日期:2020-03-18
面對(duì)2020年初的新型冠狀病毒疫情,全國(guó)人民心手相連,眾志成城,共克時(shí)艱。疫情期間,口罩、額溫槍等物資成了大家日常接觸的"小伙伴"。經(jīng)常會(huì)有朋友問小編:如何判斷我買的口罩是真的假的呢?
要準(zhǔn)確回答這個(gè)問題其實(shí)非常困難。國(guó)標(biāo)"GB/T 32610-2016"、"GB 2626-2006"等都對(duì)口罩等呼吸防護(hù)用品有著嚴(yán)格的規(guī)定,從過濾效率、泄露效率、呼氣阻力、氣密性、死腔等指標(biāo)有著明確的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法及判斷標(biāo)準(zhǔn)。這類標(biāo)準(zhǔn)雖然準(zhǔn)確,卻也繁瑣,雖然能判定口罩真假,卻難判定口罩是否是"二手貨"(因?yàn)楹芏喽挚谡纸?jīng)過處理后主要指標(biāo)都與全新口罩無(wú)異)。
我們有沒有一種實(shí)驗(yàn)手段可以在較高準(zhǔn)確率下既能實(shí)現(xiàn)快速篩查,又可以鑒別口罩是否是"二手貨"呢?
眾所周知,口罩對(duì)于灰塵、唾沫(防護(hù)病毒也是通過防護(hù)攜帶病毒的唾沫)等的防護(hù)主要依靠其物理性質(zhì),口罩過濾層的纖維粗細(xì)、孔徑大小和過濾層的厚度會(huì)直接影響口罩的防護(hù)能力和過濾效率。我們?nèi)绻苤苯佑^察并測(cè)試這些指標(biāo)的話是不是就能快速有效地篩選口罩了?
除此之外,小編還分別做了高空氣污染環(huán)境下的口罩檢測(cè)以及二手煙環(huán)境下的口罩檢測(cè),以驗(yàn)證在這些環(huán)境下做好呼吸防護(hù)的必要性。
為了驗(yàn)證上述猜想,小編使用臺(tái)式掃描電子顯微鏡并搜集了各類口罩做了一系列對(duì)比實(shí)驗(yàn)。
圖1(1)某常見的醫(yī)用外科口罩1;(2)某常見的醫(yī)用外科口罩2;(3)累計(jì)使用4小時(shí)的醫(yī)用外科口罩;(4)待鑒定的"三無(wú)"口罩;
圖2 醫(yī)用外科口罩1中間過濾層(熔噴布層)的掃描電鏡照片??梢钥吹皆搶用芗挪贾?/span>1 - 15 um的纖維結(jié)構(gòu)。
圖3 醫(yī)用外科口罩2中間過濾層(熔噴布層)的掃描電鏡照片??梢钥吹皆搶用芗挪贾?/span>1 - 15 um的纖維結(jié)構(gòu)。
圖4 累計(jì)使用過4小時(shí)的醫(yī)用外科口罩3的中間過濾層(熔噴布層)。纖維結(jié)構(gòu)排布和前兩種類似,同時(shí)發(fā)現(xiàn)直徑3-4 um的顆粒物。
圖5 待鑒定的"三無(wú)"口罩中間層的掃描電鏡圖。纖維非常粗大,普遍在約15 um以上,孔洞粗大。這種大的孔洞無(wú)法有效過濾污染物。
圖6 醫(yī)用口罩中間過濾層(熔噴布)截面的掃描電鏡圖。從截面看纖維排布致密,中間有一道明顯的壓印痕跡,是口罩生產(chǎn)過程中壓制導(dǎo)致的。
圖7 三無(wú)口罩中間層的截面掃描電鏡圖??梢钥吹嚼w維排列松散,纖維粗大,孔洞也很大,無(wú)法有效過濾。
剛剛我們看到了日常環(huán)境下佩戴4小時(shí)的醫(yī)用口罩掃描電鏡圖片,上面的顆粒非常少,這也說(shuō)明我們?nèi)粘I畹目臻g其實(shí)是比較干凈的。那如果換成高污染環(huán)境呢?我們想到模擬高污染環(huán)境和二手煙環(huán)境下的口罩進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。
圖8 模擬高污染環(huán)境下佩戴過的口罩中間過濾層的掃描電鏡圖片。
為避免污染對(duì)人身體造成傷害,我們將口罩戴到車載吸塵器上,在高污染環(huán)境下抽氣5分鐘,這時(shí)的吸氣量與人呼吸4小時(shí)相似,以此作為參考。我們可以看到口罩過濾層上密密麻麻的遍布著2 - 15 um大小的顆粒,如果沒有口罩的過濾,這些顆粒將全部被吸到肺部,并對(duì)人體造成傷害。
那吸二手煙的環(huán)境下又如何呢?
圖9 二手煙環(huán)境下佩戴過的口罩中間過濾層的掃描電鏡圖片。
同樣,我們使用吸塵器替代了人的口鼻。在一個(gè)密閉的充滿煙味的房間中持續(xù)抽氣5分鐘這時(shí)的吸氣量與人呼吸4小時(shí)相似,以此作為參考。與高污染環(huán)境下相似,口罩的過濾層上也遍布著大大小小的顆粒,如果不戴口罩,這些顆粒將會(huì)被直接吸入肺里。所以,為了家人和身邊人的健康,還是少抽煙吧。
結(jié)論:(1)良品醫(yī)用口罩的的過濾層纖維大約1-15um,并且非常致密,可以有效隔絕污染及攜帶病毒的唾沫;
(2)劣質(zhì)口罩過濾層纖維粗大且蓬松,對(duì)于大多數(shù)污染物沒有辦法起到過濾作用;
(3)使用掃描電鏡對(duì)于本次試驗(yàn)樣本可以在幾分鐘內(nèi)快速分辨口罩質(zhì)量?jī)?yōu)劣,但是缺乏大量的樣本做支撐,希望有識(shí)之士可以一同參與設(shè)計(jì)和采樣,進(jìn)一步加快和優(yōu)化口罩檢測(cè)效率;
(4)高污染環(huán)境和吸煙環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生大量污染顆粒,因此務(wù)必佩戴醫(yī)用口罩,也請(qǐng)為了家人和身邊朋友的健康減少抽煙。
參考文獻(xiàn):
1. 國(guó)標(biāo)GB2626-2006呼吸防護(hù)用品
2. 國(guó)標(biāo)GBT_32610-2016_日常防護(hù)型口罩技術(shù)規(guī)范
3.百度百科(口罩):
https://baike.baidu.com/item/%E5%8F%A3%E7%BD%A9/3416459?fr=aladdin
本次實(shí)驗(yàn)采用的是國(guó)內(nèi)首套完全自主研發(fā)的臺(tái)式掃描電鏡ZEM15拍攝完成:
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作者:小攸