常用口罩對PM2.5的防護效果模擬比對*

張先寶 邱 堅 陳 誠

(1.鎮江市環境監測中心站，江蘇 鎮江 212000;2.江蘇省環境監測中心，南京 210036)

0 引言

2013年環保部實施GB 3095—2012《環境空氣質量標準》新標準，其中增加對空氣中PM2.5的評價控制要求，對照新標準，在秋冬季，我國京津冀、長三角、珠三角等地區霧霾天氣多發，霧霾天氣持續時間長，影響范圍廣，引起社會各屆關注。霾天氣主要形成原因是受高濃度細顆粒物(以下簡稱PM2.5)的影響，大眾漸漸認識到 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，表面吸附著細菌、重金屬等大量有毒、有害物質，且在大氣中停留時間長、輸送距離遠，對人體健康和大氣環境的影響非常大［1－4］。醫學研究表明，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以下的可深入到細支氣管和肺泡。細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，顆粒物上附著的有害物質也會對人體健康產生影響;并且，這種細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，現階段如何做好個人防護成為群眾關心的主要問題，因此，多數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引發了多數群眾外出佩帶口罩，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方法，在實際環境空氣中模擬試驗。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監測儀，一臺正常監測，一臺在切割頭的后端增加1層口罩，按每小時同步監測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，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，務必盡可能的接近實際。此方法由我站十多年空氣自動監測工作經驗積累總結而得，該方法優點是可了解真實環境中口罩對室外PM2.5防護效果，缺點是監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，監測結果略低于實際效果，但不影響效果分析。

1.2 實驗設施和研究過程

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

表1 實驗用機性能比測結果

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)。

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

2 結果與討論

經過6 d的監測，采集得到118個有效數據，實驗期間天氣及污染狀況見表2。按照防護效果為經口罩過濾后空氣中 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%;按照空氣質量等級評價，經專業防PM2.5口罩能將空氣質量提升兩個等級。普通紗布口罩對PM2.5幾乎沒有防護效果，同時還發現，監測初期還出現數據“倒置”現象(即經口罩過濾后的PM2.5監測濃度大于空氣中的濃度)紗布層數越多，“倒置”現象越嚴重。

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生“倒置”現象，通過查閱部分資料，以及拆解棉紗布口罩進行分析發現，全新棉紗布口罩內附有少量棉絮狀物質，由于采樣泵抽力，在實驗過程中可能會被吸出來，這個可能是產生“倒置”的主要原因。為了驗證這一情況，我們以“倒置”現象最突出的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”現象明顯好轉，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 結論

通過整體模擬試驗結果表明: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”而影響防護效果。正常人體呼吸負壓小于儀器運行負壓，因此口罩按要求配帶的實際防護效果應優于本實驗結果。

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)因為內部有特殊吸附物質屬于不可再生材料，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過清洗，否者佩戴時口罩內細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咨詢專業人員，在做好PM2.5的防護情況下，盡量減少因佩戴口罩產生的其他影響。

［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，2012，21(6):22－31.

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

［3］孫志豪，崔燕平.PM2.5對人體健康影響研究概述［J］.環境科技，2013，26(4):75－78.

［4］白烏云.談PM2.5危害及環境質量標準［J］.內蒙古石油化工，2013，16:49 －50.

［5］殷永文，程金平，段玉森，等.上海市霾期間PM2.5、PM10污染與呼吸科兒呼吸科門診人數的相關分析［J］.環境科學，2011，32(7):1898－1984.

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

［7］ HJ 655—2013 環境空氣顆粒物(PM10和 PM2.5)連續自動監測系統安裝和驗收技術規范［S］.