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        掃描電子顯微鏡每一個設計作品都舉世無雙

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        掃描電鏡【辨】口罩——不服來【辯】

        日期:2020-03-18

            面對2020年初的新型冠狀病毒疫情,全國人民心手相連,眾志成城,共克時艱。疫情期間,口罩、額溫槍等物資成了大家日常接觸的"小伙伴"。經常會有朋友問小編:如何判斷我買的口罩是真的假的呢?
            要準確回答這個問題其實非常困難。國標"GB/T 32610-2016"、"GB 2626-2006"等都對口罩等呼吸防護用品有著嚴格的規定,從過濾效率、泄露效率、呼氣阻力、氣密性、死腔等指標有著明確的實驗測試方法及判斷標準。這類標準雖然準確,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"(因為很多二手口罩經過處理后主要指標都與全新口罩無異)。

            我們有沒有一種實驗手段可以在較高準確率下既能實現快速篩查,又可以鑒別口罩是否是"二手貨"呢?

            眾所周知,口罩對于灰塵、唾沫(防護病毒也是通過防護攜帶病毒的唾沫)等的防護主要依靠其物理性質,口罩過濾層的纖維粗細、孔徑大小和過濾層的厚度會直接影響口罩的防護能力和過濾效率。我們如果能直接觀察并測試這些指標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境下的口罩檢測以及二手煙環境下的口罩檢測,以驗證在這些環境下做好呼吸防護的必要性。

            為了驗證上述猜想,小編使用臺式掃描電子顯微鏡并搜集了各類口罩做了一系列對比實驗。

        掃描電鏡使用口罩

        11)某常見的醫用外科口罩1;(2)某常見的醫用外科口罩2;(3)累計使用4小時的醫用外科口罩;(4)待鑒定的"三無"口罩;

         

        掃描電鏡下的醫用外科口罩圖片

        醫用外科口罩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的纖維結構。

         

        掃描電鏡下的醫用外科口罩中間層圖片

        醫用外科口罩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的纖維結構。

         

        掃描電鏡下的醫用外科口罩熔噴布層圖片

        累計使用過4小時的醫用外科口罩3的中間過濾層(熔噴布層)。纖維結構排布和前兩種類似,同時發現直徑3-4 um的顆粒物。

         

        掃描電鏡下的三無口罩圖

        待鑒定的"三無"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。這種大的孔洞無法有效過濾污染物。

         

        醫用口罩中間過濾層(熔噴布)截面的掃描電鏡圖

        圖6 醫用口罩中間過濾層(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,是口罩生產過程中壓制導致的。

         

        三無口罩中間層的截面掃描電鏡圖

        圖7 三無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,無法有效過濾。

         

                剛剛我們看到了日常環境下佩戴4小時的醫用口罩掃描電鏡圖片,上面的顆粒非常少,這也說明我們日常生活的空間其實是比較干凈的。那如果換成高污染環境呢?我們想到模擬高污染環境和二手煙環境下的口罩進行對比實驗。

         

         模擬高污染環境下佩戴過的口罩中間過濾層的掃描電鏡圖片

        圖8 模擬高污染環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,在高污染環境下抽氣5分鐘,這時的吸氣量與人呼吸4小時相似,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,并對人體造成傷害。

        那吸二手煙的環境下又如何呢?

         

        二手煙環境下佩戴過的口罩中間過濾層的掃描電鏡圖片

        圖9 二手煙環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。在一個密閉的充滿煙味的房間中持續抽氣5分鐘這時的吸氣量與人呼吸4小時相似,以此作為參考。與高污染環境下相似,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。

         

        結論:(1)良品醫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)劣質口罩過濾層纖維粗大且蓬松,對于大多數污染物沒有辦法起到過濾作用;

                  (3)使用掃描電鏡對于本次試驗樣本可以在幾分鐘內快速分辨口罩質量優劣,但是缺乏大量的樣本做支撐,希望有識之士可以一同參與設計和采樣,進一步加快和優化口罩檢測效率;

                  (4)高污染環境和吸煙環境下會產生大量污染顆粒,因此務必佩戴醫用口罩,也請為了家人和身邊朋友的健康減少抽煙。

         

        參考文獻:

        1. 國標GB2626-2006呼吸防護用品

        2. 國標GBT_32610-2016_日常防護型口罩技術規范

        3.百度百科(口罩):

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

         

                本次實驗采用的是國內首套完全自主研發的臺式掃描電鏡ZEM15拍攝完成:

         

                想了解更多實驗細節及研究案例可發送郵件至support@zeptools.com詳詢。歡迎訪問公司網站:http://www.banmianliu.com


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        ZEM臺式掃描電鏡

         
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        作者:小攸


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