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戴口罩防雾霾有科学根据吗?
发布时间:2021-02-25 06:53

  Hi there! This is Thomas,Smart Air的歪果创始人。我不是空气污染专家,但是我住在北京的时候开始担心空气污染对我身体健康的影响,所以我开始研究防护措施。

  有一位叫Jeremy Langrish的科学家发表了科学研究。为了模拟街边的空气污染,他让柴油发动机的尾气穿过不同的口罩。我做了一个非常非常专业的解释图:

  最后用了一个检测仪看看出来的空气中有多少颗粒物。他的测试仪能测到0.007微米的颗粒,比2.5微米小得多(他用的是TSI 3022,比我的专业太多了)。

  很多人说这种口罩没用,但是科学测试发现,它能挡住40-80%的颗粒(真的吗?三个独立测试)。在这次测试中普通医用口罩挡住了80%;在密封测试中,结果为40-60%。

  我听说很多人这么说:就算口罩能捕捉颗粒,我们戴上的时候密封性太低了,所以没用。其实我们不需要瞎猜,可以看看测试结果。这种测试有点复杂,因为做实时测试的时候需要佩戴特殊的仪器。幸亏我有机会参与!

  这能测出实际戴上口罩时,口罩内外分别有多少颗粒。这种仪器能精确到0.01 - 1微米。

  还有人怀疑:是不是亚洲人的脸型跟西方人的不一样,所以亚洲人戴这些口罩达不到这个效果?其实上面的9010、9003和9211是Smart Air创始人Anna戴的:

  她的也能达到98%以上。 其中,9211效果差一点,因为是小号的,我们原本想小号可能更适合她,结果还是正常大小好。所以亚洲人佩戴也能达到很好的效果。

  来自美国的医生Richard Saint Cyr医生也做过类似的测试。他的结果跟我的差不多:

  结论:实际戴上的时候,口罩能挡住90%以上的颗粒。佩戴的时候,注意哪款最贴合,最适合自己的脸型(教你穷人密封测试)。

  有人说上面的测试中3M比较多,想知道这是不是3M的广告。数据是来自Dr. Saint Cyr和Dr. Jeremy Langrish,所以口罩是他们选的,不过还有上海技术质量监督的测试,里面包括3M以外的几款合格口罩,比如Maskin、吉可、乐求。我不想让大家以为只有3M有效;上面测试的Vogmask 也达到90%以上。不过,上海测试的坏处是没有包含实际戴上口罩的密封测试,只测试了过滤效果。

  上面的科学家Jeremy Langrish也做了跟身体健康有关的实验。他让一部分人在北京闲逛:

  一次戴口罩,一次不戴口罩。口罩是上面提到过的8812型号,很简单的3M口罩。他们走路的时候,身上有仪器同步记录心率、血压什么的。结果发现戴口罩的时候,心率更有规律(heart rate variability)且血压更低:

  结论:戴口罩对我们身体有帮助。据我所知,这种实验不多,但是至少有一次实验说明戴口罩有实际作用。我希望科学家们能多做这种实验。

  所以下次遇到别人说口罩没用,你可以跟他们说你看了科学研究,口罩确实有用!

  评论当中有人说戴口罩很浪费,因为戴一两天就得扔。真的是这样吗?我没有看到过很好的口罩寿命测试,但是我上面的密封测试中包括了一个戴过11天的9332口罩。结果新的9332 = 99.7%;戴过11天的 = 98.3%。

  所以戴一两天就扔了有点浪费。我希望能做更多的寿命测试,但是这些数据显示口罩至少可以戴两个星期;我一般戴3-4个星期。

  no words more harmful than good job

  当颗粒非常微小的时候,物理的阻隔(类似与筛孔)将对颗粒物的去除几乎没有任何作用

  这里的起作用的是颗粒物在通过滤层时,在布朗扩散,滤层拦截,惯性碰撞、重力沉降等等效应下,被过滤层所吸附了

  这是一个柴油车的颗粒物过滤装置,这上面的孔很大的。多大,肯定比PM2.5平均直径(2.5um)大

  过滤的时候,被过滤下来的物质会生成沉积层(cake),可以增强过滤效果。

  当颗粒非常微小的时候,物理的阻隔(类似与筛孔)将对颗粒物没有任何作用。而起作用的是及其微小的颗粒物在布朗扩散(颗粒物的无规则运动),拦截(来不及随着气流改变方向,正好撞上),碰撞(这里特别注意湍流的影响,比如说圆柱扰流的影响)、重力沉降等等过程中,撞上了过滤层的物质,被吸附了

  范德华力,别小看这个力,这个力对于细颗粒来说很大的,由于颗粒物本来就小,基本上撞上就会aggregate,当然,可能还有电磁力等等

  Anyway,这个学科属于气溶胶动力学(Aerosol Mechanics)

  没啥参考文献,推荐这个网址,内容还不错:Aerosol Mechanics

  Talk is cheap, show me the coding plan.

  2016年4月25日,我国发布了首个民用防护型口罩技术规范——《日常防护型口罩技术规范》国家标准,并于同年11月1日起正式实施,其中对细颗粒物的防护效果与佩戴安全性作了明确规定:

  显然,防护口罩的防雾霾作用是其投入市场之前必过的一关,是切实存在的。根据国家标准规定,防护口罩需要在产品外包装的明显位置对产品的防护等级进行标注,大家在购买时可以稍加留意自己是否选对了级别。但日常佩戴口罩并非等级越高越好,因为等级越高,意味着口罩的密闭性也越高,过度防护有可能会加大呼吸阻力。

  当前市面上的防霾口罩常见结构一般分为三层,外层多为无纺布、高分子织物等材料,中间主要为针对PM2.5而专门设计的过滤层,最里层便是贴合皮肤的材料,高赞回答中已经对防霾口罩的防护效果给出了实验答案,小海就不多说了。

  防霾口罩的科学依据主要是微颗料物表面的沉积效应和物理吸附。其中,微颗料物表面沉积效应包括重力沉积、扩散沉积、惯性沉积;物理吸附即分子间的范德华力,包括色散力、静电力、诱导力等引起的物理作用力。

  举个大家比较熟悉的静电滤棉例子,其原理便是通过特殊处理使纤维带上电荷并形成静电场,从而使细小颗粒物带上电荷,通过异性相吸的原理实现对颗粒物的吸附。

  小海提醒:防霾口罩不可长期佩戴,以免使呼吸系统长期处于较大呼吸阻力之下。

  多层棉布口罩一般来说最为常见,小海搜索了一下网络上各种实验数据得到的结果,棉布口罩对于PM2.5的防护效果在9.7%-22.4%不等,虽说它对PM2.5的防护作用并不是很理想,效果差了一点儿,不过聊胜于无。

  棉布口罩的防霾科学依据主要为棉布的纤维结构+微颗粒物的表面沉积效应。纯棉布的口罩防护雾霾的原理很简单,主要是机械式阻挡与沉积,棉纤维的错综结构使得PM2.5在经过棉布的空隙时,会因表面沉积效应更容易沉积在棉纤维表面,由此实现防霾作用。

  小海提醒:在可以放夹层的棉布口罩内放入过滤棉,可以大大提高口罩的防霾效果。棉布口罩重复使用的频次一般较高,需要定期清洗消毒。

  关于医用无纺布口罩对雾霾的防护效果,最高赞回答也给出了数据,小海在这里主要说其原理。正规医用的口罩通常有三层以上(跟单层一次性口罩是有区别的),内层是亲肤材质,中层是含过滤棉的过滤隔离层,外层是经过了特殊处理的抑菌层,对有害微尘、细菌过滤隔绝效果较好,但对于PM2.5的防护效果一般。

  顾名思义,活性炭口罩的主要滤材为活性炭,活性炭完全不规则的微晶排列结构,使之具有良好的吸附性,吸附原理同样是物理吸附。活性碳口罩的吸附能力比普通口罩要高很多倍,可重复使用。

  防尘口罩的原理跟防霾口罩一致,只是针对的使用对象不同,防霾口罩主要的过滤对象是PM2.5等微小颗粒物,而防尘口罩主要应用于工业上,用来防护工业粉尘等有害物质对人体的侵害。

  小海建议,雾霾天出门,无论手边有什么材质的口罩都请戴上吧,因为只要戴上就比没有任何防护措施的情况下“吸霾”更少。另外雾霾天尽量少出门,我们在关起房窗(不考虑室内污染源),就能将外界雾霾阻绝于门外吗?回答中也提过,机体在活动强度比较大时呼吸量更大,吸入的雾霾颗粒数会增加,从而加剧有害物质对人体的损害程度。所以雾霾天宅在家里是极好的呢!(前提是家里得有除霾措施。)

  补充@Thomas Talhelm@黄睿昆的回答,同时反驳@TIANyj的回答

  这张图可以在很多相关教科书里找到,是一般的过滤装置(filter)比如口罩的过滤效率(过滤掉的东西占的比例)和过滤的物质的直径的关系。注意这只是一个示意图,表示两者的趋势关系,纵坐标Efficiency的数值当然是因口罩而异的,并不是说所有口罩都能达到100%的过滤。

  可以看到口罩对于极大和极小的颗粒都有很强的过滤能力,但是对极大和极小的颗粒过滤原理是不同的。这个@黄睿昆的回答很全面了,比网眼大很多的颗粒,主要是因为直径太大被口罩的网眼拦住了。比网眼小很多的颗粒,因为他们太小太轻了,很容易受到气流或者范德华力的影响而被吸附到口罩的纤维上面。因此@TIANyj所说的很小的颗粒会被吸入身体里是不正确的。

  但是有一个谜之直径0.3微米。在这个直径左右的颗粒,既没有大到无法穿过网眼,也没有小到完全被范德华力所左右,就顺利地穿过了口罩。

  先说一句,大多数人尤其是在雾霾天,都是待在市内,所以先得禁烟 ,这样空净才有用!ヽ(`⌒´メ)ノ 绝不原谅!

  大家都说的很好了,歪个楼:国产的、日本、新加坡别想,医用、时尚口罩别带,不贴合没用,可水洗不卫生,不要带两个,别加卫生巾涂东西,阻敏面罩没必要,耐适康不防护(仅适哮喘等气道高反应)。切勿!将任何防护给:呼吸循环功能或通换气结构病变与氧合障碍与意识呈昏睡等。以下任何预防措施不应与医疗行为相左:

  重要补充:1、几乎少儿都很难带住口罩,更别提幼儿,因呼吸频率递增于成人—口罩进气域是参考成人的频率,会闷。2、正品来说关键是贴合—正负压测试OK,儿童面颅比与成人迥异,个体发育速度不等很难匹配。加上解剖结构缺陷基代率高,伤害也是阶梯递增于成人,还是空净可靠,外出就罩全面具面罩,把头都装里面。至于三次元牌,不能紧密贴合-没用。欢迎儿科专业/儿研所大牛批评,非儿科专业望见谅。

  pm2.5分为油性、非油性,美国中国欧盟标准不一,欧盟ffp均可防护,美中的n与kn仅防后者(油性时当场失效),美中防护油性是p与kp。ꉂ ೭(˵¯̴͒ꇴ¯̴͒˵)౨”哇哈哈~

  雾霾以非油性防护为主,但栖息于交通尾气、餐饮油烟、吸烟、工业排放密集的童鞋,就要双防护了!另外人类口罩不适用于犬科!因为是吐舌散热伴随式呼吸,除非n95全面罩+冷流通气+严丝合缝(形体差异太大),猫科适用但一定要剪裁合体。3M-8246防酸性气体,8247防有机蒸汽。

  用户体验很重要,耳挂式:头围过大、颅面过平不适用。头戴式:影响发型。折叠型:吸气态应至少1/2贴脸。杯型:进气区大面积大,通爽,不贴脸不花妆,推荐女士。冷流阀必选!舒服,增加换气效率,向下带哦。

  举例3M,奇数型号是耳挂式,偶是头戴。冷流阀适宜轻微活动,不哈眼镜,不含混语音。一旦沾水、接触体液应丢弃,不正副气压测试失效也要丢。严禁微波炉消毒,紫外灯才有用。佩戴最好无菌操作,起码洗手,胡须刮净防止沾染。

  正品哪里生产都一样,看激光标签。关键是佩戴方法!一定等时等力,自中央至尾翼按压,使鼻夹完全贴合。 ~\(≧▽≦)/~啦啦啦

  民用最高是93系,土豪尽兴=͟͟͞͞ =͟͟͞͞ ヘ( ´Д`)ノ 放我去死一死啊

  其他也很好:霍尼韦尔、代尔塔、优唯思、洁适比、金佰利。防雾霾应该呆在屋开空净减少活动,总则是远离致病源》切段致病途径》个体预防和保健》治疗和康复。

  btw那些带口罩跳广场舞=自残(pm2.5裹挟有毒物质和病原体,接触躯体任意未覆盖区域都有害),尤其还是大妈,o(*≧▽≦)ツ┏━┓拍桌狂笑,

  还要再更一次,外国哥们很给力,老化实验也有数据,真得很有帮助。手机打字还是比较麻烦,直接放截图吧。

  更一下,评论区有人说用成这样是不是每天都得换口罩?我下意识觉得不用,仔细想一下又觉得不妥,毕竟没有实验或数据的支持,不知道过滤能力到底会受多大影响。邮件联系了3M客服,目前没有得到答复。也许最高票答案作者可以做一下,我会尝试私信他一下。

  再上一张图,这是同事用了3天的状态,触目惊心有木有?(我是怎么也用不到这个状态...)这张图和之前那张比有点欠曝,看起来要黑的多。但其实这个和实际的更接近。根据3M官方说法是“当口罩破损、脏污、呼吸阻力明显增加时应离开污染区域,更换新口罩”。按他说的这口罩早就该换,但即使这个状态下其实也没有感觉呼吸阻力明显增加...所以我现在也有点含糊了,这个口罩到底能用到什么程度?

  这是同事早上出门带的新口罩到单位就是这个状态的,明显看到已经黑了...他在路上也就1小时,还有70%的时间在公共交通工具里...

  上图是答主带了两次的口罩,上下班骑电动车,车程15分钟,一共也用了1小时且全程户外。能看到一点黑,但达不到同事的效果。按理说我在户外的时间比他长的多,应该比他的更黑或者一样才对。唯一合理的解释就是他用这个型号更贴脸。所以选合适型号也很重要!祝大家都能找到适合自己的完美爱人!错了,是口罩...

  链接:雾霾天致癌吗?如何评估雾霾对人身健康的影响? - 丽莎大夫的回答 - 知乎

  我尝试过一些口罩,都不是很满意。直到我在美国的Home depot大型家居店里买到了3M的N95医用防护口罩,心才终于定了下来。

  我常戴的是这款8511。它能阻燃防尘,还附带空气阀和M型鼻夹,戴起来比较舒适。

  “N”代表非油性颗粒,包括煤尘、酸雾、微生物等。该标准还有两大类R和P,代表油性颗粒,包括油雾、油烟和焦炉烟。

  “95”是过滤效能,代表过滤非油性颗粒效率为95%。除了95%之外,还有99%和100%两种效能级别。

  我曾看到一篇关于口罩的测试研究。研究比较了多种口罩的过滤效能,证实3M的 N95口罩能抵御95%以上的细小颗粒。根据下面这个对比图,可以看出3M口罩的防护效果很不错。1

  对于直径在2.5微米以下的可吸入颗粒物,也就是PM2.5,N95防护口罩的过滤效果是值得肯定的。即使报告重度污染,我戴上N95出门也会比较放心。

  我的一些同事,出门戴的是普通医用口罩,觉得反正也戴了口罩,戴总比不戴要好。其实,这只是自我安慰啦。普通医用口罩只能挡住像细菌一样的大颗粒物,对小悬浮颗粒基本没有作用,而且容易漏气。

  我曾看到一篇研究,当上海连续3天雾霾时,室内外PM2.5浓度随时间变化情况如下图。2

  从图中看出,雨天时,PM2.5基本没有;之后雾霾加重,室内PM2.5的浓度随室外浓度升高而升高,并且峰值滞后。

  一般来说,室内PM2.5的浓度大约是室外的50%-90%,所以室内雾霾也需要我们足够重视。现在大多数人都是出门戴口罩,在室内就拿掉了,这样并不能很好地防护雾霾。

  我选择口罩的时候,还会根据自己的脸型选择大小和款式,要完全贴合脸部,不要在呼吸时产生漏气的缝隙。否则,污染的空气漏进来,会降低防护效果。

  我特意选择了像8511这种带呼吸阀的口罩,是因为没有呼吸阀的口罩,呼吸时会觉得非常憋闷,而且水汽很多——特别是戴眼镜的人,眼镜蒙上一层雾的滋味真不好受。

  我连续佩戴口罩的时间不会超过半小时,因为即使是带有呼吸阀的口罩,仍然会阻碍呼吸功能。尤其是患有心血管疾病和呼吸功能差的人,每戴一段时间口罩,要记得拿下来透透气。

  另外,口罩不戴时,要叠好放入清洁的密封袋里,避免沾染污物。我一般最多戴3周,就会更换口罩。反复使用的口罩,会积累病菌,反而成为传染源,对健康不利。

  单说下对皮肤的影响吧。雾霾多的时候,大家细心体会便会发现,自己的皮肤状态也不会很好。雾霾会导致皮肤敏感、干燥和过早老化。

  我曾看过一篇文献,一些国外学者找来159名生活在上海的人,评估空气污染对他们皮肤的影响,结果发现他们皮肤脂质角鲨烯的含量下降,乳酸含量升高,并证实污染会导致皮肤出现氧化应激,胶原蛋白降解,导致皮肤松弛和皱纹产生。3

  所以,在雾霾的笼罩下,除了戴口罩,咱们还要保护皮肤。具体来说,就是做好清洁、隔离和修复,我以后会在关于美肤的文章里分享给大家。

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  每当雾霾天来临的时候,大街上行色匆匆的人群纷纷开始戴上了口罩。然而戴口罩毕竟有很多不便,尤其是冬天戴眼镜的人时常被呼出的水雾困扰。人们通常的习惯是在室外行走的时候戴上口罩,到了室内,比如回到家,或者到达办公室摘下口罩。那么口罩是否真的可以对人体产生有效的保护呢?我们外出出行是否必须戴口罩呢?

  要想搞明白这些问题,首先需要明白的是暴露(exposure)这个概念。暴露是衡量一个污染环境对人体的健康程度影响的指标。 它的计算公式是:

  这个道理很容易明白,就是对健康的影响不单单是雾霾浓度的指标,还需要考虑你暴露在雾霾中的时间。即使浓度很高,如果暴露时间很短,对健康的影响并不大。另外一方面哪怕浓度不高,但是暴露时间很长,那么对健康影响也会很大。因为最终影响健康的是吸入肺部的PM2.5的总量。上面公式是假设人体的呼吸频率不变。如果你在奔跑状态,那么还需要乘上一个修正系数来计算暴露总量。

  决定是否戴口罩,首先涉及的是口罩的空气过滤性能。稍有常识的人都会知道,普通的纱布、棉布口罩对PM2.5基本上是没有任何过滤效果的。小颗粒物在这些口罩面前可以长驱直入,这些口罩除了让你感觉好一点之外,没有任何帮助。这些口罩是没有用的,不在我们这里的讨论之列。

  那么那些针对PM2.5的口罩的呢?市面上最常见的就是N95口罩。对于这类性能非常好的口罩,商家一般都会把N95作为大大的标志放在口罩包装上。N95口罩是根据美国国家职业安全卫生研究所National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) 的规范,对0.3微米以上粒径的空气污染物,有95%的过滤效率。就是只有百分之5%可以透过过滤纸。

  但是口罩还有漏风系数。全脸和半脸的口罩如果想到达其设计的过滤效果,一般需要做RESPIRATOR FIT TESTING, 就是脸部和口罩的边界吻合测试。普通人群我从来没有观察到有人做这样的测试。一般就是商店口罩买一个戴上就行了。所以一般会有漏风现象。取决于口罩和你的脸的吻合度,普通口罩漏风率在20-30%之间。

  如果考虑95%的过滤效率,和20%的漏风率。那么普通N95口罩的综合过滤效率就是76%。

  下图是学者在上海观测到的一个连续三天雾霾天情况下,每个小时室内浓度和室外浓度的变化情况。之前是雨天,雾霾情况基本没有,第三天出现200微克/立方米以上的重雾霾。在这张图里面,这个房子的密闭性还是比较好的。室内的雾霾随着室外的雾霾升高而升高,但是浓度值比室外要来得低,而且峰值有比较明显的滞后。

  根据这个数据我来估算一下一个人一天的暴露情况是怎样的。暴露其实就是曲线下面的面积。

  我们按照一个人早上8点出门,9点到达办公室,晚上5点下班,6点到家。路上一半的时间在地铁或者其他封闭交通工具里。早上上班的外出街上的步行时间为30分钟,晚上下班同样街上的步行时间是30分钟来考虑。中午在室外活动30分钟。其他时间或者在办公室,或者在家里。这在大多数人是比较典型的生活方式。

  这个计算结果其实和室外的雾霾浓度关系不大,只取决于室内外的浓度差别,和你在室外的时间。即使北京最近这样450微克/立方米的重度污染,结论也是一样的。因为室内PM2.5的浓度总是室外的50-90%之间。

  如前文所述,大部分建筑室内雾霾情况比室外好不到哪里去。所以如果室内雾霾环境没有有效改善的情况下,短暂室外出行期间戴口罩意义是不大的。除非你是长时间室外工作的人。这也是很多人觉得雾霾天,即使戴了口罩还是一样会喉咙发痒咳嗽的原因。但是如果你关注家庭环境,将室内雾霾降低到国际标准25微克/立方米,那么室外的这些暴露就变得异常重要了。

  总结一下,回到一开始的问题,雾霾天是否需要戴口罩?纱线和棉布口罩是没有什么用的,即使N95的口罩,对你的帮助也是杯水车薪。当然你可以说戴总比不戴要好。对于大部分朝九晚五的工薪族而言,降低雾霾对你健康的危害,最重要的是你家里的室内环境,其次是办公环境,最后才是你在室外是否需要戴口罩的问题。戴口罩可以降低室外的暴露,但是如果室内的雾霾浓度值很高,室外的这点变化就变得相对不重要。雾霾天如果只关心是否出行戴口罩,忘了室内雾霾的话,那么就是舍本取末。好比一个一天一包烟的人,其实他们什么口罩都不需要戴。

  如果你觉得雾霾实在可怕,又无力改善室内环境,那么雾霾天在室内也必须坚持戴口罩。无论是办公室还是居家。上面这些都是冰冷的浓度数字,那么我们室内雾霾情况到底有多糟糕,对健康有多大影响呢?请听下一篇分解。

  像民用的级别中,只要达到 N90 或者 N95 级别的口罩,就足以过滤雾霾空间中 PM 2.5 的悬浮颗粒。( 注: 90 就是指过滤指标大于 90% ,95 就是指过滤指标大于 95% 。以此类推)。

  大牌的口罩产品,像是3M、HoneyWell、重松制造 或者 小林制药,你用到他们家的N95级口罩应付雾霾天就已经绰绰有余。

  相比这些牌子中的同级别中具体哪个型号防护效果更好而言 (其实差个一点两点并没有什么区别),贴合脸型更加重要。否则防护指数再高评测效果再好也没有卵用。

  高级别的防护口罩虽然防护颗粒物的效果狠好,但同样它对阻碍你呼吸功能的作用也非常明显。所以任何时候都要注意,连续配戴口罩时间不能超过半个小时。

  对于有心脏病、高血压或者呼吸功能疾病的童鞋来说,戴口罩时间就更加要克制。

  当然你要说又要高效防护,又要顺畅呼吸的办法也并不是没有。像下面的这套设备接上氧气以后,就足够你在雾霾天出入自如,正义爆棚 ▼

  提问就很有问题:雾霾并不是肉眼不可见的,就像一个细胞,一个原子都是肉眼不可见的,但世界上的生物都是由它们组成的,肉眼不可见并不代表难以阻挡。

  1.坐飞机从空气质量很好的地方到雾霾很重的地方,下飞机的那一刻能很明显的感觉到雾霾的臭味。

  2.同理,在雾霾时较长时间佩戴防雾霾口罩,当脱下口罩的那一刻,能很明显的闻到雾霾的臭味!

  个人试用了几款面具式的后的建议是面具式密封太好了,自用kn95都没问题,女朋友就觉得闷。所以大家先试试一次性的再决定用面具式的。

  面具式的优势就是密封性好,滤棉成本低。但是一定要正确使用佩戴,同时选择适合自己的,以免发生窒息……

  这是我买电动口罩的时候他们主图上附带的小视频。通过pm2.5检测仪对电动口罩送出来的空气进行检测。