基于自制檢測裝置的口罩防護效果探究

深圳市福田區紅嶺科技中學 黃雪琪 劉付恒 林臻

一、研究背景

生活中，很多人佩戴口罩的方式都不規范，本次研究通過自制實驗裝置探究了不同條件下不同口罩的防護效果，以提高人們的防護意識，培養正確佩戴口罩的習慣，并為居民日常選購口罩提供科學的指導。

二、實驗材料

自制檢測裝置：真空罐、鏤空墊片、閥桿、延長管、圓柱架、抽氣槍。

實驗儀器：微生物恒溫培養箱。

材料：營養瓊脂培養皿、五種不同的口罩。

三、研究過程

1.自制口罩過濾檢測裝置

圖1 自制口罩過濾檢測裝置示意圖

（1）根據延長管的直徑，在圓柱架的一端用小刀劃出一個約1.5 cm×1.5 cm大小的缺口，使延長管可以通過。

（2）將真空罐上的閥桿向上提起，保證氣流暢通，接入延長管。將真空罐罐口朝上放置在圓柱架上，延長管沿圓柱架自然向下，從圓柱架下端缺口伸出，連接抽氣槍。

（3）將鏤空墊片作為瓊脂培養皿支架置于真空罐內，使其與地面平行且保持穩定。用膠水將墊片與真空罐連接處粘好。

（4）罐內消毒：使用75%酒精對罐體內部、鏤空墊片進行消毒。

2.探究不同類型口罩的細菌過濾效率

（1）采樣

在瓊脂培養皿底部標記待測口罩編號，將其置于鏤空墊片上，取下皿蓋，將皿蓋倒扣在桌面上。用待測口罩（醫用外科口罩、一次性醫用口罩、普通口罩、帶呼吸閥的N95口罩、不帶呼吸閥的N95口罩）包住真空罐罐口，并用橡皮筋扎緊（該過程應迅速，避免瓊脂培養皿與空氣中的微生物接觸）。以每秒一次的速度勻速抽拉抽氣槍，共采樣10 min。

（2）空白對照組采樣

將罐內消毒后，在瓊脂培養皿底部標記CK，置于鏤空墊片上，取下皿蓋，倒扣在桌面上。真空罐罐口不覆蓋口罩，以每秒一次的速度勻速抽拉抽氣槍，共采樣10 min。

（3）培養與觀察

取下口罩并立即蓋好皿蓋，用封口膜封好。于37 ℃恒溫培養箱中倒置培養48～72 h后取出觀察結果，計算不同培養皿中出現的菌落總個數。每個實驗重復三次。

（4）計算細菌過濾效率

計算每個培養皿所代表的口罩細菌過濾效率。計算公式為：細菌過濾效率（%）＝(C-T)/C×100%（其中C為對照組的細菌菌落數目，T為經口罩過濾后的細菌菌落數目）。

3.探究不同口罩數量對細菌過濾效率的影響

分別取1個一次性醫用口罩、2個一次性醫用口罩、3個一次性醫用口罩，按照實驗2的步驟進行實驗。記錄實驗數據。

4.探究不同環境對口罩細菌過濾效率的影響

取一次性醫用口罩分別在實驗室、天臺、電梯間、客廳、衛生間，按照實驗2的步驟進行實驗。記錄實驗數據。

5.探究不同佩戴習慣對口罩細菌過濾效率的影響

取一次性醫用口罩，分別在正常佩戴、佩戴不嚴、正常佩戴5 min后摘下再次佩戴三種條件下進行實驗，重復實驗2的步驟并記錄實驗數據。

6.數據處理

使用Excel 2016和SPSS 24對數據進行統計和分析，采用方差分析評價不同實驗條件下口罩的防護效果是否有顯著性差異。

四、結果與分析

1.不同類型口罩防護效果對比實驗

根據口罩防護標準可知，不同類型口罩的防護效果存在差異，一般來說為：N95防護口罩＞醫用口罩＞普通口罩。

實驗中采集到如表1所示的數據。通過方差分析可知，不同類型口罩的防護效率存在顯著性差異（p＜0.05），具有統計學意義。從表1可知，N95口罩的防護效率顯著高于醫用口罩，醫用口罩的防護效率顯著高于普通口罩，且除了普通口罩以外，其他4種口罩的防護效率均達到90%以上。

表1 不同類型口罩平均防護效率對照表

2.口罩數量對防護效果影響的實驗

由實驗前的簡單定性推理可知，相同情況下，口罩數量越多，飛沫需要穿過的口罩層數越多，細菌越難透過口罩，防護效果越好。

實驗中采集到的數據如表2所示，通過方差分析，口罩數量為2個和3個時，與口罩數量為1個時的防護效率存在顯著性差異（p＜0.05），而2個口罩的防護效率與3個口罩的防護效率無顯著性差異，因此沒有必要佩戴3個或3個以上的口罩。

表2 一次性醫用口罩數量對防護效果的影響

3.不同環境對口罩防護效果的影響

通過方差分析可知，在不同環境下，一次性醫用口罩的防護效率具有顯著性差異（p＜0.05），其中在電梯間的防護效率最低，側面反映了電梯內細菌數量較多，說明乘坐電梯時佩戴口罩的必要性。在不同環境下口罩的防護效率均達到90%以上，這說明一次性醫用口罩具有較好的環境普適性，在不同環境下均能較好地保護人們。

表3 不同環境下一次性醫用口罩過濾效果

4.不同佩戴方式對口罩防護效果的影響

實驗中對口罩佩戴不嚴、中途摘口罩兩種不良的佩戴習慣進行了對比實驗。通過方差分析發現，不同佩戴方式下的口罩防護效率具有顯著性差異（p＜0.01），結合表4可知：不良的佩戴習慣會導致口罩的防護效果嚴重下降，在日常使用中這種情況很有可能導致防護的失效。中途摘口罩會導致口罩防護效果降低約一半，口罩佩戴不嚴則會導致口罩防護效果降低到原來的約三分之一。

表4 不同佩戴方式對一次性醫用口罩過濾效率的影響

五、結論

1.不同品牌、類型的口罩存在防護效果上的差異。細菌過濾效果最好的是不帶呼吸閥的N95口罩，其次是帶呼吸閥的N95口罩、醫用外科口罩和一次性醫用口罩，過濾效果最差的是普通口罩。在日常選購中要盡量選擇防護效果較好的口罩。

2.一次性醫用口罩數量為2個時的防護效率與數量為3個時的防護效率無顯著性差異，因此沒有必要佩戴3個或3個以上的口罩。在需要加強防護時，可同時佩戴2個口罩。

3.在不同環境下，一次性醫用口罩的防護效率均達到90%以上，這說明一次性醫用口罩具有較好的環境普適性，在不同環境下均能較好地保護人們，也說明在不同環境下佩戴口罩的必要性。

4.不良的佩戴習慣會嚴重影響口罩的防護效果。因此，只有正確地佩戴口罩才能起到良好的防護效果。

（指導老師：趙曉東 李芳）

專家點評

目前，口罩成為個人日常防護的必需品。本實驗從這一生活現象出發，自制檢測裝置，分別從口罩的類型、數量、使用環境和使用習慣對細菌的過濾效率等方面評價其防護效果，體現了作者較強的科學素養。

建議實驗設計更科學，實驗結論更嚴謹。如采樣時間選擇抽氣10 min的依據應該是通過預實驗后確定的，如果菌落密度過大，則應該減少抽氣時間，否則應延長實驗時間。而對“口罩使用環境”這一自變量，考慮到情況復雜，各種無關變量較多，實驗設計應更加完善，不能輕易得出結論。