В начале 2020 года, столкнувшись с эпидемией нового коронавируса, весь народ сплотился, объединившись в единый крепкий фронт, чтобы совместными усилиями преодолеть трудности. В период пандемии такие средства индивидуальной защиты, как маски и бесконтактные термометры, стали повседневными «незаменимыми спутниками» каждого. Нередко друзья обращаются к нам с вопросом: как определить, подлинная ли у меня купленная маска?

На самом деле ответить на этот вопрос с абсолютной точностью крайне сложно. Государственные стандарты, такие как «GB/T 32610‑2016» и «GB 2626‑2006», содержат строгие требования к маскам и другим средствам индивидуальной защиты органов дыхания; для таких показателей, как эффективность фильтрации, степень утечки, сопротивление выдоху, герметичность и объём мёртвого пространства, предусмотрены чёткие методы лабораторных испытаний и соответствующие критерии оценки. Хотя эти стандарты достаточно точны, они также весьма сложны; хотя с их помощью можно определить подлинность маски, трудно установить, не является ли она «б/у» — ведь многие бывшие в употреблении маски после обработки по основным параметрам практически не отличаются от новых.

Существует ли у нас экспериментальный метод, который при высокой точности позволял бы одновременно проводить быстрый скрининг и определять, является ли маска «бывшей в употреблении»?

Как известно, защита маски от пыли, слюны (а предотвращение распространения вирусов также осуществляется за счёт блокировки содержащей вирус слюны) и других загрязнений в основном зависит от её физических свойств: толщина волокон фильтрующего слоя, размер пор и его толщина непосредственно влияют на степень защиты и эффективность фильтрации. Если бы мы могли непосредственно наблюдать и измерять эти параметры, разве не удалось бы быстро и эффективно отбирать подходящие маски?

Кроме того, авторы также провели испытания масок в условиях загрязнённой атмосферы на высоте и в условиях пассивного курения, чтобы подтвердить необходимость надёжной защиты дыхательных путей в таких средах.

Чтобы проверить вышеприведённую гипотезу, автор статьи воспользовался настольным сканирующим электронным микроскопом и провёл серию сравнительных экспериментов, изучив различные типы масок.

Рис. 1: (1) Один из распространённых медицинских хирургических масок; (2) Другая распространённая медицинская хирургическая маска; (3) Медицинская хирургическая маска, использованная в общей сложности 4 часа; (4) Маска категории «трёх без» — в стадии экспертизы.

Рис. 2. Сканирующая электронная микроскопическая фотография среднего фильтрующего слоя (слой из мелтблауна) медицинской хирургической маски. На снимке видно, что этот слой характеризуется плотной укладкой волокон диаметром 1–15 мкм.

Рис. 3. Сканирующая электронная микроскопическая фотография среднего фильтрующего слоя (слой из мелтблауна) медицинской хирургической маски 2. На снимке видно, что этот слой характеризуется плотной укладкой волокнистых структур размером 1–15 мкм.

Рис. 4. Промежуточный фильтрующий слой (слой из мелтблауна) медицинской хирургической маски, использовавшейся в общей сложности 4 часа. Структура волокон расположена аналогично двум предыдущим образцам; при этом также обнаружены частицы диаметром 3–4 мкм.

Рис. 5. Сканирующая электронная микроскопия среднего слоя маски «трёх без» — без маркировки, без сертификата и без указания производителя. Волокна чрезвычайно крупные, в основном превышают около 15 мкм; поры также крупные. Такие крупные поры не способны эффективно фильтровать загрязняющие вещества.

Рис. 6. Сканирующая электронная микроскопия поперечного среза среднего фильтрующего слоя медицинской маски (мелтблауна). На срезе наблюдается плотная укладка волокон; посередине заметен чёткий след от прессования, возникший в процессе производства маски.

Рис. 7. Сканирующая электронная микроскопия поперечного среза среднего слоя маски без маркировки. Видно, что волокна расположены неплотно, они толстые, а поры весьма крупные, что не обеспечивает эффективной фильтрации.

Только что мы рассмотрели сканирующую электронную микроскопию медицинской маски, которую в повседневных условиях носили в течение четырёх часов; на ней видно крайне мало частиц, что свидетельствует о том, что пространство нашей повседневной жизни на самом деле довольно чистое. А как насчёт условий с высоким уровнем загрязнения? Мы решили провести сравнительный эксперимент, сравнивая маски, использовавшиеся в условиях сильного загрязнения и в условиях вторичного табачного дыма.

Рис. 8. Сканирующая электронная микроскопия промежуточного фильтрующего слоя маски, использовавшейся в условиях сильного загрязнения.

Чтобы избежать вредного воздействия загрязнений на организм человека, мы надели маску на автомобильный пылесос и провели всасывание в условиях сильного загрязнения в течение 5 минут; при этом объём забранного воздуха примерно соответствует объёму воздуха, которым человек дышит за 4 часа, — этот показатель служит ориентиром. Как видно, на фильтрующем слое маски повсюду расположены частицы размером от 2 до 15 мкм; без защиты маски все эти частицы попали бы в лёгкие и нанесли бы вред организму.

А как же в условиях пассивного курения?

Рис. 9. Сканирующая электронная микроскопия среднего фильтрующего слоя маски, использовавшейся в условиях пассивного курения.

Точно так же мы используем пылесос вместо человеческого рта и носа. В закрытом помещении, наполненном запахом дыма, в течение 5 минут непрерывно откачивается воздух; при этом объём вдыхаемого воздуха сопоставим с тем, что человек выдыхает за 4 часа, — именно это служит эталоном. Как и в условиях сильного загрязнения, на фильтрующем слое маски также оседают частицы разного размера; если не надевать маску, эти частицы попадут прямо в лёгкие. Поэтому ради здоровья своих близких и окружающих лучше меньше курить.

Вывод: (1) В фильтрующем слое медицинских масок высокого качества волокна имеют диаметр примерно 1–15 мкм и чрезвычайно плотно упакованы, что позволяет эффективно задерживать загрязнения и капли слюны, содержащие вирусы;

(2) В некачественных масках фильтрующий слой состоит из толстых и рыхлых волокон, что не обеспечивает эффективной фильтрации большинства загрязняющих веществ;

(3) Использование сканирующего электронного микроскопа позволяет в течение нескольких минут быстро оценить качество масок на основе образцов, взятых в ходе данного эксперимента; однако для этого недостаточно большого объёма выборки. Мы надеемся, что компетентные специалисты примут участие в разработке методики и отборе проб, что позволит ещё более ускорить и оптимизировать процесс тестирования масок.

(4) В условиях сильного загрязнения окружающей среды и курения образуется большое количество загрязняющих частиц, поэтому обязательно надевайте медицинскую маску; а также ради здоровья своих близких и окружающих — сократите курение.

Список литературы:

1. Национальный стандарт GB 2626‑2006 «Средства индивидуальной защиты органов дыхания»

2. Национальный стандарт GBT 32610-2016 «Технические требования к маскам для повседневной защиты»

3. Байду Байкэ (маска):

https://baike.baidu.com/item/%E5%8F%A3%E7%BD%A9/3416459?fr=aladdin

В данном эксперименте использовалась первая в стране полностью самостоятельно разработанная настольная рентгеновская сканирующая электронная микроскопическая система ZEM15:

Для получения дополнительных сведений об экспериментах и примерах исследований, пожалуйста, отправьте письмо на адрес support@zeptools.com. Приглашаем посетить официальный сайт компании: http://www.zeptools.com

Настольный сканирующий электронный микроскоп ZEM