“口罩”中的物理知识科普

胡茶茶🍰

于洪物理教研 胡倩

　　这个寒假，一场突如其来的疫情成为全国人民关注的焦点，口罩也成为了人们出门时的必需品。口罩是如何保护人们面受病毒侵袭的？这里面又包含多少物理知识呢？

为什么要戴口罩防护？

　　这要从病毒的传播说起。通过各类新闻，我们了解到新型冠状病毒是靠空气飞沫传播的。病毒携带者的唾液会混合着来自咽喉等部位的呼吸道分泌物，让包裹着病毒的唾液随着喷嚏或咳嗽传播到空气中，若接触到了其他人的粘膜（鼻腔、口腔等部位）他人就有可能感染病毒。一个喷嚏可以喷出10000个以上的飞沫，最远可以传播到8米以外，咳嗽会产生1000~2000个飞沫最远可以传播约6米，即使是平静地说话每分钟也能产生大概500粒飞沫。

　　如图，打喷嚏喷出的飞沫中，直径为100微米以上的大飞沫因为比较重可以在10秒内落到地上，而尺寸更小的飞沫则会悬浮在空气中形成雾云，在空气中迅速蒸发变小，形成带有病毒的飞沫核，在空气中飘荡接触其他人的粘膜。口罩的多层结构可有效阻隔各种大颗粒，而纳米级的微粒又会因为静电效应吸附在内部纤维上。

　　既然病毒靠空气传播、通过粘膜感染那么戴上口罩自然是比较简单有效的防护措施。

口罩的防护效果如何区分？

　　如图是各类口罩的防护效果图（横坐标为微粒直径，纵坐标为颗粒捕集效率）

前文提到大颗粒可以被口罩阻隔，纳米级微粒可以被静电吸附，所以最难过滤的是直径为0.3微米左右的微粒。医用N95口罩对于各种尺度的颗粒物均有良好的阻隔效果。（所谓N95口罩是指对非油性颗粒过滤效率达到95%以上标准的口罩。）

　　不过，研究显示咳嗽产生的飞沫核的尺寸约为0.74~2.12微米，对于这一尺寸范围的颗粒，各类口罩防护能力可见图中白色区间。对于防控病毒，医用外科口罩甚至普通医用口罩也可以达到很好的效果。美国《JAMA》杂志（美国医学会杂志）曾经刊登过一篇专业论文，通过在2011-2015年流感季节调查近2400名医护人员的流感和急性呼吸道疾病发病率得出一个结论：正确使用医用外科口罩，对于病毒性呼吸道感染的防御（发病率7.2%），不亚于N95的效果（发病率8.2%）。简单说来，就是医用外科口罩实际使用中的防病毒效果，基本等同于N95。

各类口罩对新型冠状病毒防护效果

口罩的正反面有什么区别？

　　标准的医用外科口罩分3层，外层由疏水的材料制成，有阻水作用，可防止飞沫进入口罩里面；中层有过滤作用，可阻隔>90% 的5μm 颗粒；近口鼻的内层是亲水材料制成的，用以吸湿。一般口罩都是颜色较深的一面朝外，颜色浅的一面朝里。若戴反了反而会外层吸附飞沫，内层不能有效吸湿，所以大家佩戴口罩时一定要看清楚呀。