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雾霾天戴口罩变黑 高倍显微镜下雾霾颗粒现真身

2017-01-10 11:39 编辑:TF001 来源:北京晚报

上周持续的空气重污染橙色预警,成为街头巷尾最引人关注的话题。就普通市民而言,应对雾霾,除了减少室外活动,最直接简便的防护手段就是佩戴防护口罩,做好个人防护措施。然而不少市民发现,洁白的防护口罩戴几天之后就会发黑,让人触目惊心。难道雾霾颗粒已经穿透口罩的防护层了?是不是大量雾霾颗粒已经进入肺里了?

口罩第一层
口罩第二层
口罩第三层

近日,记者走进北京化工大学高分子纳米复合材料实验室,在电子显微镜下,对防护口罩上的雾霾颗粒进行了观测。记者发现,防护口罩的关键在于中间层,可以阻挡纳米级的雾霾颗粒。尽管从外观上看口罩已经变黑,但是其中间层并未被雾霾颗粒穿透。

实验1:新口罩上有哪些雾霾颗粒

Pm2.5,指的是颗粒物直径小于或等于2.5微米。这么小的颗粒,对于人的肉眼而言,是无法看到的。但在电子显微镜下,却能清楚地观测到雾霾颗粒的“庐山真面目”,而电镜能谱一体机不仅能够观测到雾霾颗粒,还能迅速地分析其中的成分。北京化工大学副教授、博士生导师刘勇介绍,通过电镜能谱一体机放大2000倍左右,就能清晰地看到附着在防护口罩上的微米级大小的雾霾颗粒。据他介绍,通过实验看到的主要是固态的雾霾颗粒,主要是碳酸钙、氧化铁、硫酸盐等无机盐,非固态的气溶胶则要通过另外的方式才能观测到。

1月6日,记者来到北京化工大学高分子纳米复合材料实验室,对市面上常见的几款防护口罩进行了观测。根据北京市环保局的数据,当天,北京市区空气质量状况为重度污染,各监测站监测的空气质量指数均在200以上。记者特意准备了一款全新的N95防护口罩(型号3M8210),当天早上从南五环的亦庄地区出门,来到位于北三环的北京化工大学,看看这一路上口罩会有什么样的变化。

实验人员首先对口罩进行了破拆,随后选取口罩同一位置的里外三层,剪成指甲盖大小的方块,用特殊的胶带粘结在电镜能谱一体机的观测探头上,然后将探头放入机箱内进行观测。实验人员介绍,电镜能谱一体机能放大13万倍,但是观测雾霾颗粒用不了这么大的倍数,放大2000倍就可以看得很清楚了。

随着放大倍数的不断增加,与电镜能谱一体机连接的电脑屏幕上开始出现了黑白影像。在放大2000倍之后,原本肉眼分辨不出的口罩纤维如同一条条粗壮的绳子,密密麻麻交织在一起,还能看到上面附着着形似烟灰或头皮屑之类的物质。这些物质就是雾霾颗粒。

电脑屏幕显示,口罩第一层的纤维直径约为17.2微米,粘附在上面的雾霾颗粒的直径约为1.2微米。这样细小的颗粒足以吸入人的肺里。几分钟后,雾霾颗粒成分的分析结果也出来了,分析显示,实验样品中的雾霾颗粒含有钙、硅、碳等元素。刘勇介绍,钙可能来自于沙土,硅可能来自于扬尘,碳元素可能来自碳酸盐,或者口罩纤维本身。

第二层,口罩纤维更为致密,孔隙更小。经过测量,第二层纤维的直径约为1微米。记者看到,纤维上仍然有一些“漏网之鱼”,不过它们的个头更小,很多都已经达到了纳米级别。实验人员对样品一个区域的颗粒物进行成分分析,结果显示含有铁元素。实验人员介绍,铁可能来自于发电厂、钢铁厂的工业扬尘,这具有一种偶然性。刘勇告诉记者,不同时期,甚至不同地点的Pm2.5颗粒成分是不一样的。拿北京来说,南部地区以工业粉尘、漂浮物为主,而北部地区则以过境货车带来的尘土、煤尘以及建筑垃圾为主。近年来,北京的雾霾颗粒中硫的成分大大降低,这与大规模使用天然气供暖有关。

第三层,口罩纤维的直径又变粗了,到达这一层的雾霾颗粒则更少。刘勇介绍,防护口罩不能做到百分百阻隔Pm2.5颗粒,但是可以阻隔绝大部分。

实验2:口罩变黑是否就失效了?

实验人员又拿出市面常见的另外一款全新的N95口罩(3M9901V),测试在极端环境下的防护效果。实验人员将口罩绑在吸尘器的进风口抽气,半小时后,口罩表面出现一个圆形的黑色区域。从肉眼上看,口罩第二层、第三层却没有明显变化。根据测算,吸尘器抽半小时,相当于人呼吸几个月甚至更长时间。在电镜能谱一体机上显示,口罩第一层的纤维上粘附了密密麻麻的雾霾颗粒,第二层纤维上粘附的雾霾颗粒则少了许多,到达第三层的颗粒物则更少。实验人员介绍,这说明绝大部分的雾霾颗粒都被口罩挡住了,口罩的防护效果还是不错的。一般而言,一个口罩使用几天后,发现有发黑迹象人们就更换了,所以不用担心雾霾颗粒会穿透口罩。

刘勇介绍,市面常见的防护口罩一般由三层构成,口罩最外面的一层,是超细纤维,并不能阻挡住太细小的颗粒,而是起到一个塑形的作用,中间的一层最为致密,可以阻挡、吸附绝大部分的Pm2.5颗粒,第三层是和皮肤接触的那一层。他表示,目前使用纳米纤维的防护口罩在市面上已比较常见,但防护效果如何,除了主要应考虑到密合性的问题。他并不建议市民佩戴“防毒面具”之类的呼吸器,他表示,“防毒面具”的防护效果未必比普通防护口罩好。防护效果的好坏,主要看过滤效率,关键在于检测,而不在于结构有多复杂。对于普通市民而言,雾霾天里最简单的防护方法就是选择大品牌、有质量保证的口罩。

雾霾颗粒虽然小,但并不会穿透皮肤进入身体。他提醒,人的头发容易吸附雾霾颗粒,他建议市民出门时戴帽子,回家应及时洗澡。

防霾口罩密闭性优先考虑

3M公司的工程师告诉记者,防护口罩的本体用防颗粒物的过滤材料制成,固定带和本体相连,以便将口罩稳定地固定在头部。根据佩戴方式不同,固定带可以设计成头戴式、耳带式或颈带式等,要求有一定松紧度,确保头部转动时口罩不容易松动。金属鼻夹可以帮助做好鼻子部位的密封,如果过于松软,很容易在使用过程中变松,导致泄漏。有的口罩还带有一个单向的、只有在呼气时开启的呼气阀,这是为了降低呼气阻力,并帮助排出人体呼出的湿热空气,改善舒适性,但呼气阀在吸气时的气密性必须足够好,而且呼气阀和面罩本体的连接不能出现泄漏,这些都需要通过检测来验证。根据相应的认证级别,防护口罩必须达到所要求的最低过滤效率。例如符合中国国家标准KN95级别的口罩,对非油性颗粒物(包括雾霾中的颗粒)的过滤效率至少不应低于95%。

防护口罩的密闭性同样重要,因为口罩在佩戴状态下,能进入口罩内的空气污染物主要来自口罩与佩戴者脸之间的泄漏,如果防护口罩不适合佩戴者脸型,存在明显的泄漏,无论口罩过滤效率有多高,也基本不提供防护,气流会自动绕开阻力高的滤材,从阻力最低的泄漏处进入口罩,使防护失效。

对消费者而言,与其去追求更高的过滤效率,不如先选择一款适合自己,能和脸部达到良好密合的、有基本防护效能的口罩。3M工程师介绍,使用过的口罩刚摘下来时通常会有些潮,存放时应保持干燥和卫生,避免口罩受到污染或挤压变形。比较推荐的一种做法是把摘下来的口罩存放在一个干净的纸口袋里。

重复使用口罩时也应注意卫生,摘下和重新佩戴的过程中避免污染口罩内侧表面。另外,对于折叠式设计的口罩,如果保存时需要弯折鼻夹,应该用一根手指垫在鼻夹内侧进行弯折,以避免鼻夹折断或形成特别尖锐的角度。

 

来源:北京晚报 北晚新视觉网 记者王琪鹏 李环宇

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