聚餐网
鉴于此次冠状病毒的快速传播，对经济、社会民生及有疫情的国家都造成极大的影响，民众恐慌之余，口罩大量缺货。口罩原本是一个极其普通的生活用品，由于在空气过滤产品中，属于毛利较低的产品，故生产的厂商不算多，疫情一旦暴发，并加上大众的恐慌，供给不足的现象，就益发的严重了。
笔者看到市面上和电视里对于口罩使用方式的报导，多有不足的地方，因笔者从事的工作是空气过滤和静电棉(口罩里的主要过滤材料)方面的研发和应用，故在此想和大家说说什么是『口罩』， 一些空气过滤的原理和在使用口罩上应注意的事项。
空气过滤和水过滤及一般过滤的原理不一样，笔者不想在此对空气过滤的原理，多做赘述。但要介绍一个新观念，传统过滤的概念，就是通过孔隙的大小，来过滤掉比孔隙大的物质和颗粒，但在空气过滤中，却不一样。有一个专有名词，我们注重的是 穿透率最大的粒径 (Most Penetrating Particle Size: MPPS)，穿透率最大，表示滤材拦截的效果最差，所以效率最低，MPPS代表的是一块滤材在一定的使用参数下，在某个气溶胶粒径下，效率是最低的。在现今口罩效率使用的范围内，MPPS大概在 0.3 微米(0.3 micron)左右。那效率和穿透率的关系是什么呢 ? 例如一个 90% 效率(E)的筛检程式，表示
它的穿透率(P)是10%，它们的关系是 100%-P=E。0.3 微米的大小是多少?一根头发的直径大概在 50-100 微米左右，大概是一根头发的几百分之1而已。穿透率最大的粒径，也就是效率最小的粒径，如果 MPPS=0.3 微米，表示空气过滤效率在 0.3 微米时是最低的，空气中比 0.3 微米小的和大的气溶胶 (Aerosol/Particulate) 的过滤效率都比 0.3 微米要高。如图所示，在粒径=0.3 微米时，效率是最低的，可能和一般人的想法不一样，粒径很小的气溶胶反而是很好过滤的(过滤效率高)。 这也就是在空气筛检程式的测试和评估时，在 0.3 微米的空气过滤效率是很重要的一个指标，因为在这一点效率是最低的。
口罩，传统的空气过滤材料，如果想要达到较高的过滤效果，压损可能较高，压损高意味着阻力大，也就是吸气时较费力，为了要达到较高的初始效率及较低的吸气阻力(低压损)，静电棉在口罩的应用中被广泛的使用。什么是静电棉?简单的说就是某些特殊的过滤材料，在经过特殊的程式和步骤后，在不改变材料的物理性质下，让这些过滤材料纤维的表面上产生静电和静电电场，藉以增加滤材的过滤效果 (Additional Dielectricphoretic force，Columbic Force and Image Force)，因物理性质不变，滤材的阻力不会增加。但静电棉的种类繁多，而且加静电的方式很多，且和滤材本身的材质纯度以及添加剂的种类和其它因素，故静电加上去后，效率增加的多寡不一。加上静电的静电棉，有时会因其他的因素降低静电的效果，主要影响的因素如下：
静电棉中的静电强度的维持和储存的时间及储存的环境有关，所有的静电棉，随着储存时间都会有不同的影响，笔者曾服务于一家主要生产静电棉的厂商，对市面上的静电棉储存时间的影响做过评估，曾将 10 多种市场上的静电棉(包括用在口罩上的熔喷滤材)做过实验，所有材料都放在实验室的同一地方，经过 2 年的实际评估(每个月对这些静电棉做一次测试，得到效率和压损的资料)，发现有的材料 2～3 个月后，静电就消失了 30-90%，但有些材料，2 年后，静电效果的降低只有 1～5%。好的静电棉材料，甚至可以维持 10～15 年，静电的效果只消失 5%。至于存放的环境，温度和湿度不宜太高。温湿度对静电棉都有影响的，尤其是温度湿度都高的地方，静电消失的很快。笔者看到电视上有人用微波炉来消毒口罩，那会让口罩的效率降低的。
酒精是口罩/静电棉的天敌，在实验室里做静电棉实验，如要消除静电棉滤材中的静电，看看不加电的效率时，就是用酒精去除纤维上的静电。酒精和酒精挥发的气体都会降低口罩的过滤效率，故千万不可将酒精喷在口罩上。医务人员，尤其应该注意，因为他们所处的环境中，使用酒精的频率和所处的环境中酒精气体的浓度都是较高的，如口罩供应充足，应注意更换，即使是 N95 的口罩也一样。
另外要说明一点观念，一个效率在 0.3 微米， 效率是 90% 的口罩和一个效率是 99% 的口罩，它们的差别不是只有 9%，而是十倍(1000%)，因为如果有 10000 个病毒通过这两种口罩时，通过 90% 效率的口罩的病毒是 1000，而通过99%效率的口罩的病毒是100，1000/100=10 这就是差别为何是十倍而不是只有9%。有时看到电视上救治冠状病毒肺炎病人的医生，只带普通的医用平面口罩，笔者都会很替他们担心，因为除了效率较低，平面口罩的密封性也很差，更加重了危险性。
油性气溶胶(Oily Aerosol)及水性气溶胶(Liquid Aerosol)
油性气溶胶或水性气溶胶对静电棉/口罩效率有较大的影响，和平常固态气溶胶(Aerosol/Particulate)比起来，如环境中有较多的油性/水性气溶胶，口罩效率的会减少的较快，因为当油性和水性气溶胶收集在静电棉的纤维表面时，接触面积较大 (是面接触而不是固态气溶胶的点接触)，故对纤维和纤维间因静电所产生的电场强度，有较大的伤害。
所以如果工作在有高浓度油性/水性气溶胶环境中(餐厅厨房，石化厂…)口罩更换频率需较高。
另外要提到一点，就是有些以气体形式存在化学物质，在环境中如果浓度太高，对口罩中的静电棉的静电强度也会有负面的影响。
细菌(~0.3-30 微米，相对来说要大的多)和病毒(~0.004-0.4 微米，相对来说要小的多)对人体都会造成伤害。如前所述和图表一所示，很小的病毒和很大的细菌都不一定是问题，但粒径在 0.3 微米附近的病毒和细菌，因为过滤效率最低，所造成的威胁，相对来说，也可能较严重。
细菌和病毒在物理意义上来说和平常的气溶胶是一样的，实验中空气筛检程式(包含口罩)过滤的效果也是一样的，国外其实有很多这方面的研究(ASHRAE，RTI…)，虽然市面上的口罩对医用和民用的口罩有所区别，但如果在口罩供给赶不上需求时，戴口罩本身比是否戴的是医用口罩来说要重要的多。
这次的冠状病毒的传染很快，除了常见的飞沫传染，可能和病毒气溶胶化(Aerosolized)有很大的关系，气溶胶化指的是当人咳嗽，打喷嚏甚至说话和呼吸时，都会制造气溶胶(Aerosol/Particulate)，病毒有可能是单独或混在唾液里被放出体外，当唾液里的液体因外界的相对湿度较低而蒸发时，剩下的就是病毒或是有病毒附在上面的气溶胶了，病毒和有病毒的气溶胶的粒径可能都很小，可以漂的很远，也就是产生后，危险半径大大的增加了!
笔者最近对数种市面上一般使用的口罩材料(N95以下)，做了效率和吸气阻力的测试，在此对测试的步骤不做赘述，发现在 0.3 微米的效率为 13～92%，如前所述，穿透率为 8～87%，也就是市面上口罩的性能有很大的差别，可以说好坏之间有超过 10 倍(87/8 >10)的差别，国际上对于高效率的口罩都有很完整的标准，但对于日常使用的口罩，这一块的标准是有待加强的，尤其是碰到有疫情的时候。
戴口罩时，特别要注意密封，如果密封不好，过滤细菌和病毒的效果，会大打折扣，尤其是医务工作人员，需戴较高效的口罩(N95以上，R，P 级别)，以N95的口罩为例，很多的N95口罩，在0.3 微米的效率都在99%以上(穿透率<1%)， 即使只有少量的漏气，例如 3%，那也意味着防护力大大的减少，和1% 穿投率比较，至少有 3 倍的差别。日常戴口罩，如果有漏气时，往往会大于 3%。在先进国家，对于在有严重传染病人的环境里工作的人员，戴口罩后都需经过密封测试(Respirator Fit Test)，确定有足够的防护力，才让他们进入医疗机构和病房。高效的口罩，虽然效率高， 但吸气的阻力也较高，有时很难长时间佩戴，尤其是心肺功能不好的人，故在有传染病人的危险区域工作的人，会直接戴有 pump(battery operated)和 100% 效率过滤罐的全面罩式的防毒面具，因过滤的空气是打入面罩内， 是正压，不会有呼吸困难的问题，另外可以防止病毒从其它器官(如眼睛和鼻子)进入人体。其它效率低于 N95 口罩的密封性也很重要，要记住，戴口罩不是一种形式，而是一种保护。因为没有这层保护，后果可能是很严重的，如有医用的胶带，可用胶带将口罩和面部接触的地方贴上胶带以减少漏气。
市面上的口罩种类很多，分类也很复杂，在各式口罩供应充足时，可以按类别佩戴，但如果供给不够，重点就成为戴口罩而不是口罩的类别了。
N95口罩，效率高，但因吸气阻力大，并不是一定需要，可选择 N95 以下的口罩。 但医务人员在受污染的环境中工作时，在身体能够负荷的前提下，可选择N95以上，甚至全面式的防毒面具。
立体式口罩和平面式口罩有差别吗?答案是：有的，立体式口罩的密封性较平面式口罩的密封性要好。另外口罩中静电棉的效率对通过气体的面速(face velocity)较敏感，面速增加，气溶胶通过滤材的时间会减少，所以静电棉中静电电场对气溶胶的吸引力也会减少，过滤效率会降低，效率降低也就是降低了防护的能力。一般来说，人类呼吸的吸气量大概是 5～8 lpm (公升/分钟)，一次吸气和呼气的气体容量大概是 500 cc。相对来说，但并不是绝对，立体口罩的可利用滤材面积较平面口罩的滤材面积要大且较均匀，平面口罩的有效过滤面积大都仅限于口鼻附近，尤其是在鼻子的下方，局部面积的面速在吸气时会较高，故平均的过滤的效果和效率可能没有立体口罩高。
在供应充足的情况下，按照指示使用，但在现今口罩供应紧缺且有疫情的状况下，延长使用的时间，问题一般不大，至于延长使用时间的长短，则视每日戴口罩的时间，所在环境中气溶胶的浓度及口罩的供给来决定。前提还是要戴口罩!
一般如不在高危环境下工作的人，一片一次性的口罩用个 3～5 天，是没有什么问题的。防疫物资毕竟要留给最需要的人。
照顾冠状病毒病人的医务人员则不一样，可能更换口罩的频率比平时还要高。这也就是为何一线医务人员的防护品一定要充足。
电视或日常生活里，看到有人戴好几层口罩，有帮助吗?答案还真是肯定的!空气筛检程式的滤材里若有数层材料，效率的计算方是Ptotal=P1*P2*P3….，这里的 P 是穿透率，有人戴了两层口罩，在 0.3 微米时，第一层的效率是 40% (穿透率为60%=0.6)，第二层的效率是70%(穿透率是30%=0.3)，两层的总穿透率为Ptotal=0.3*0.6=0.18(18%)， 效率可提升到 82%，但吸气阻力同时也会增加(两者之和)。在没有高效筛检程式，而所处环境又需高效筛检程式时，这不失为一个解决问题的方法。
当口罩的使用的时间加长时，要注意的是口罩是否有损坏?切忌用酒精消毒，不要把口罩放在有机化学物质附近(尤其是易挥发的有机物质(VOC)，VOC的chemical vapor会伤害口罩里静电棉的静电效应。
这两天电视上有专家们在辩论冠状病毒是否会以气溶胶(aerosol/particulate)的形式传播，一般感染的方式除了接触传播和飞沫传播，还有气溶胶的传染方式，前两者的影响范围较小，但病毒若以气溶胶的形式传播，其传播的范围和伤害，就要大的多。与其辩论病毒是否气溶胶化，不如尽快做些实验去验证，这些实验的结果一般都可以很快得知的。如在医疗机构和病房里采集空气中气溶胶，经过培养，并计算病毒的数量就可得知。如果病毒的气溶胶化被证实了，防护的方法，尤其是对医务人员的防护，肯定是要升级的。当然，病毒一旦变成气溶胶后，病毒的生命不是无限的，而是会在一定时间范围内死亡的。但为了小心起见，在室外，当疫情还没有完全消失之前，最好还是戴口罩!
其它的防护品，如空气滤清器，使用得当，也可以大大的减轻冠状病毒以气溶胶的方式传播的危险，笔者的经验和做过实验，一个中型的空气滤清器，在一个密闭的空间里，可以在 20-30 分钟内，将一个 25 平方米房间内气溶胶的浓度，降低 90% 以上(所有粒径 > .02 微米的气溶胶 )。
笔者希望此文能让大众对口罩材料中担当过滤重任的静电棉，正确戴口罩的方式及应注意的事项有所认识和说明。并希望疫情能迅速的得到控制和消灭，对在武汉和湖北，中国其它的省市及全球各地第一线奋战的医疗人员，笔者除了表示最高的敬意外，也希望此文对他们的自我保护，有所助益。
作者：谢克勤博士(Ker-Ching Hsieh，Ph.D)
介绍：谢博士毕业于美国明尼苏达大学(University of Minnesota)机械系的气溶胶实验室(Particle Technology Laboratory : PTL)，后服务于美国3M数年，离开3M后，成立了一个独立过滤实验室，近10数年，在中国上海从事筛检程式研发和生产的工作。
