常用口罩對PM2.5的防護效果模擬比對*

張先寶 邱 堅 陳 誠

(1.鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 鎮(zhèn)江 212000;2.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，南京 210036)

0 引言

2013年環(huán)保部實施GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》新標(biāo)準(zhǔn)，其中增加對空氣中PM2.5的評價控制要求，對照新標(biāo)準(zhǔn)，在秋冬季，我國京津冀、長三角、珠三角等地區(qū)霧霾天氣多發(fā)，霧霾天氣持續(xù)時間長，影響范圍廣，引起社會各屆關(guān)注。霾天氣主要形成原因是受高濃度細(xì)顆粒物(以下簡稱PM2.5)的影響，大眾漸漸認(rèn)識到 PM2.5對人體健康的危害，增加了防護要求。

PM2.5指空氣動力學(xué)直徑小于或等于2.5μm的顆粒物，也被稱為可吸入肺顆粒物。由于PM2.5顆粒粒徑小，表面吸附著細(xì)菌、重金屬等大量有毒、有害物質(zhì)，且在大氣中停留時間長、輸送距離遠(yuǎn)，對人體健康和大氣環(huán)境的影響非常大［1－4］。醫(yī)學(xué)研究表明，顆粒物直徑越小，對人體健康的危害越大，因為直徑越小，進入呼吸道的部位越深。10μm直徑的顆粒物通常沉積在上呼吸道，2μm以下的可深入到細(xì)支氣管和肺泡。細(xì)顆粒物進入人體肺泡后，直接影響肺的通氣功能，使人體容易處于缺氧狀態(tài)，顆粒物上附著的有害物質(zhì)也會對人體健康產(chǎn)生影響;并且，這種細(xì)小顆粒物一旦吸附在肺泡上，就很難排出，所以這種吸附是不可逆的［5－6］。

而解決霧霾是一項長期而艱巨的任務(wù)，現(xiàn)階段如何做好個人防護成為群眾關(guān)心的主要問題，因此，多數(shù)民眾考慮霧霾天如何加強對PM2.5的防護。目前，民眾室外對PM2.5防護主要手段為佩帶口罩。

空氣重污染天氣頻發(fā)引發(fā)了多數(shù)群眾外出佩帶口罩，目前市面上口罩品種繁多，如何正確選擇PM2.5防護口罩比較困難。為此，筆者擬對多種常用口罩對室外PM2.5防護效果進行全天候模擬試驗，以期為群眾選擇防PM2.5口罩提供一些參考。

1 實驗方法與材料

1.1 研究思路及實驗方法

本實驗首次嘗試采用非標(biāo)方法，在實際環(huán)境空氣中模擬試驗。對市場上比較常見易于購買的5種口罩，利用兩臺同樣的PM2.5監(jiān)測儀，一臺正常監(jiān)測，一臺在切割頭的后端增加1層口罩，按每小時同步監(jiān)測1次的頻次，全天24 h測量。將口罩放置于切割器后濾膜前的采樣管內(nèi)，可以針對PM2.5阻擋情況模擬比對，選擇不同污染天進行多元化研究，務(wù)必盡可能的接近實際。此方法由我站十多年空氣自動監(jiān)測工作經(jīng)驗積累總結(jié)而得，該方法優(yōu)點是可了解真實環(huán)境中口罩對室外PM2.5防護效果，缺點是監(jiān)測儀器泵的氣體流速較人實際呼吸的流速大，在口罩全面過濾的情況下，監(jiān)測結(jié)果略低于實際效果，但不影響效果分析。

1.2 實驗設(shè)施和研究過程

PM2.5監(jiān)測儀:TH－2000顆粒物監(jiān)測儀(帶DHS補償)2臺、EPA認(rèn)證的PM2.5切割頭2個。在實驗之前已經(jīng)對2臺設(shè)備進行了性能比測，在同等環(huán)境和時間下，2臺設(shè)備的監(jiān)測結(jié)果誤差小于2%(小于5%表明兩設(shè)備能力相當(dāng)［7］)，可以用于本實驗的監(jiān)測。性能比測結(jié)果見表1。

表1 實驗用機性能比測結(jié)果

口罩種類:本次研究選擇5種常用口罩，具體為普通一次性口罩(無紡布)、3層醫(yī)用口罩(無紡布)、12層棉紗布口罩(面紗布)、N90口罩(特殊材料)、N95口罩(特殊材料)。

研究地點選擇一環(huán)境空氣監(jiān)測國控站點，在原有PM2.5自動監(jiān)測儀旁，加裝1臺同樣型號的 PM2.5自動監(jiān)測儀，在加裝儀器切割頭的后端增加1層研究用口罩，同時對當(dāng)?shù)丨h(huán)境空氣中PM2.5進行測量，每一類口罩比對監(jiān)測24 h。原有PM2.5自動監(jiān)測儀測量的是空氣中PM2.5含量，加裝口罩的是經(jīng)口罩過濾后的 PM2.5含量，兩項比較得出口罩對 PM2.5防護效果。

2 結(jié)果與討論

經(jīng)過6 d的監(jiān)測，采集得到118個有效數(shù)據(jù)，實驗期間天氣及污染狀況見表2。按照防護效果為經(jīng)口罩過濾后空氣中 PM2.5濃度與空氣中 PM2.5濃度比值的百分比，得到各口罩對PM2.5濃度的防護效果，詳見圖1和表3。模擬試驗結(jié)果表明:N95口罩對PM2.5防護效果最好，最高達到了98.57%，平均達到70.98%;N90 口罩對 PM2.5防護效果也不錯，最高達到了79.81%，平均達到65.71%;按照空氣質(zhì)量等級評價，經(jīng)專業(yè)防PM2.5口罩能將空氣質(zhì)量提升兩個等級。普通紗布口罩對PM2.5幾乎沒有防護效果，同時還發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測初期還出現(xiàn)數(shù)據(jù)“倒置”現(xiàn)象(即經(jīng)口罩過濾后的PM2.5監(jiān)測濃度大于空氣中的濃度)紗布層數(shù)越多，“倒置”現(xiàn)象越嚴(yán)重。

表2 實驗期間天氣及污染狀況

圖1 各類口罩阻擋效率比較

表3 各類口罩阻擋效率

對棉紗布口罩測量會產(chǎn)生“倒置”現(xiàn)象，通過查閱部分資料，以及拆解棉紗布口罩進行分析發(fā)現(xiàn)，全新棉紗布口罩內(nèi)附有少量棉絮狀物質(zhì)，由于采樣泵抽力，在實驗過程中可能會被吸出來，這個可能是產(chǎn)生“倒置”的主要原因。為了驗證這一情況，我們以“倒置”現(xiàn)象最突出的12層棉紗布口罩實驗，重新挑選未使用過的12層棉紗布口罩，放入超聲波清洗器中蕩洗，烘干后重新進行1次實驗。12 h的實驗結(jié)果(表4)顯示:12層棉紗布口罩的防護效果在 －4.24% ～6.23%之間，平均效果 1.99%，與未清洗前相比，“倒置”現(xiàn)象明顯好轉(zhuǎn)，但防護效果仍不明顯。

表4 12層棉紗布口罩清洗后測量效果

3 結(jié)論

通過整體模擬試驗結(jié)果表明:5類常用口罩中，N95和N90口罩對于PM2.5的防護效果較好，能提升空氣質(zhì)量兩個等級，能滿足戶外防護要求。普通紗布口罩對于PM2.5的防護效果較差，效果不明顯。因此，霧霾天氣中，戶外對PM2.5防護應(yīng)盡可能選用有防塵特殊要求的口罩。

本次試驗是將口罩塞在儀器進氣管，密實性好，實際佩戴時一定要將口罩整體包裹在口鼻處，盡量能夠緊貼在臉部，減少周邊“漏風(fēng)”而影響防護效果。正常人體呼吸負(fù)壓小于儀器運行負(fù)壓，因此口罩按要求配帶的實際防護效果應(yīng)優(yōu)于本實驗結(jié)果。

口罩變形、破損，密封性能降低時要更換。有防塵特殊要求的口罩(N95、N90)因為內(nèi)部有特殊吸附物質(zhì)屬于不可再生材料，因此在佩戴一段時間后，感覺呼吸阻力增加等情況時要及時更換。

棉紗布類口罩在使用前一定要經(jīng)過清洗，否者佩戴時口罩內(nèi)細(xì)顆粒物會被人體吸入，影響口罩使用效果。長時間佩戴口罩還對心肺功能有影響，口罩上易滋生病菌和微生物等情況，佩戴口罩方式和時間應(yīng)咨詢專業(yè)人員，在做好PM2.5的防護情況下，盡量減少因佩戴口罩產(chǎn)生的其他影響。

［1］楊新興，馮麗華，尉鵬.大氣顆粒物 PM2.5及其危害［J］.前沿科學(xué)，2012，21(6):22－31.

［2］李斌蓮，管峰，蔣建華.淺析中國PM2.5現(xiàn)狀及防控措施［J］.能源與節(jié)能，2012，81(6):54，71.

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［4］白烏云.談PM2.5危害及環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2013，16:49 －50.

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［6］郭新彪，魏紅英.大氣PM2.5對健康影響的研究進展［J］.科學(xué)通報，2013，58(13):1171－1177.

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