 ▲「口罩」的空氣過濾的原理和使用口罩時的應注意事項。（圖／ETtoday記者攝)
鑒於此次冠狀病毒的快速傳播，對經濟、社會民生及有疫情的國家都造成極大的影響，民眾恐慌之餘，口罩大量缺貨。口罩原本是一個極其普通的生活用品，由於在空氣過濾產品中，屬於毛利較低的產品，故生產的廠商不算多，疫情一旦暴發，並加上大眾的恐慌，供給不足的現象，就益發的嚴重了。
筆者看到市面上和電視裡對於口罩使用方式的報導，多有不足的地方，因筆者從事的工作是空氣過濾和靜電棉(口罩裡的主要過濾材料）方面的研發和應用，故在此想和大家說說什麼是『口罩』， 一些空氣過濾的原理和在使用口罩上應注意的事項。
1.空氣過濾的原理
空氣過濾和水過濾及一般過濾的原理不一樣，筆者不想在此對空氣過濾的原理，多做贅述。但要介紹一個新觀念，傳統過濾的概念，就是通過孔隙的大小，來過濾掉比孔隙大的物質和顆粒，但在空氣過濾中，卻不一樣。有一個專有名詞，我們注重的是 穿透率最大的粒徑（Most Penetrating Particle Size: MPPS），穿透率最大，表示濾材攔截的效果最差，所以效率最低，MPPS代表的是一塊濾材在一定的使用參數下，在某個氣溶膠粒徑下，效率是最低的。在現今口罩效率使用的範圍內，MPPS大概在0.3微米（0.3 micron）左右。那效率和穿透率的關係是什麼呢？例如一個90%效率（E）的篩檢程式。如下圖所示： 濾材效率和氣溶膠粒徑的關係 它的穿透率（P）是10%，它們的關係是 100%-P=E。0.3微米的大小是多少？一根頭髮的直徑大概在50-100 微米左右，大概是一根頭髮的幾百分之1而已。穿透率最大的粒徑，也就是效率最小的粒徑，如果MPPS=0.3微米，表示空氣過濾效率在0.3微米時是最低的，空氣中比0.3微米小的和大的氣溶膠 （Aerosol/Particulate） 的過濾效率都比0.3微米要高。如圖所示，在粒徑=0.3微米時，效率是最低的，可能和一般人的想法不一樣，粒徑很小的氣溶膠反而是很好過濾的（過濾效率高）。 這也就是在空氣篩檢程式的測試和評估時，在0.3微米的空氣過濾效率是很重要的一個指標，因為在這一點效率是最低的。
2.口罩和靜電棉（Electret）
口罩，傳統的空氣過濾材料，如果想要達到較高的過濾效果，壓損可能較高，壓損高意味著阻力大，也就是吸氣時較費力，為了要達到較高的初始效率及較低的吸氣阻力（低壓損），靜電棉在口罩的應用中被廣泛的使用。什麼是靜電棉？簡單的說就是某些特殊的過濾材料，在經過特殊的程式和步驟後，在不改變材料的物理性質下，讓這些過濾材料纖維的表面上產生靜電和靜電電場，藉以增加濾材的過濾效果 (Additional Dielectricphoretic force，Columbic Force and Image Force），因物理性質不變，濾材的阻力不會增加。但靜電棉的種類繁多，而且加靜電的方式很多，且和濾材本身的材質純度以及添加劑的種類和其它因素，故靜電加上去後，效率增加的多寡不一。加上靜電的靜電棉，有時會因其他的因素降低靜電的效果，主要影響的因素如下：
A.時間效應和環境效應
靜電棉中的靜電強度的維持和儲存的時間及儲存的環境有關，所有的靜電棉，隨著儲存時間都會有不同的影響，筆者曾服務於一家主要生產靜電棉的廠商，對市面上的靜電棉儲存時間的影響做過評估，曾將10多種市場上的靜電棉（包括用在口罩上的熔噴濾材）做過實驗，所有材料都放在實驗室的同一地方，經過2年的實際評估（每個月對這些靜電棉做一次測試，得到效率和壓損的資料），發現有的材料2-3個月後，靜電就消失了30-90%，但有些材料，2年後，靜電效果的降低只有1-5%。好的靜電棉材料，甚至可以維持 10-15 年，靜電的效果只消失5%。至於存放的環境，溫度和濕度不宜太高。溫濕度對靜電棉都有影響的，尤其是溫度濕度都高的地方，靜電消失的很快。筆者看到電視上有人用微波爐來消毒口罩，那會讓口罩的效率降低的。
B.不可用酒精去消毒口罩
酒精是口罩/靜電棉的天敵，在實驗室裡做靜電棉實驗，如要消除靜電棉濾材中的靜電，看看不加電的效率時，就是用酒精去除纖維上的靜電。酒精和酒精揮發的氣體都會降低口罩的過濾效率，故千萬不可將酒精噴在口罩上。醫務人員，尤其應該注意，因為他們所處的環境中，使用酒精的頻率和所處的環境中酒精氣體的濃度都是較高的，如口罩供應充足，應注意更換，即使是N95 的口罩也一樣。
另外要說明一點觀念，一個效率在0.3微米， 效率是90%的口罩和一個效率是99%的口罩，它們的差別不是只有 9%，而是十倍（1000%），因為如果有10000個病毒通過這兩種口罩時，通過90%效率的口罩的病毒是1000，而通過99%效率的口罩的病毒是100，1000/100=10 這就是差別為何是十倍而不是只有9%。有時看到電視上救治冠狀病毒肺炎病人的醫生，只帶普通的醫用平面口罩，筆者都會很替他們擔心，因為除了效率較低，平面口罩的密封性也很差，更加重了危險性。
C.油性氣溶膠（Oily Aerosol）及水性氣溶膠（Liquid Aerosol）
油性氣溶膠或水性氣溶膠對靜電棉/口罩效率有較大的影響，和平常固態氣溶膠（Aerosol/Particulate）比起來，如環境中有較多的油性/水性氣溶膠，口罩效率的會減少的較快，因為當油性和水性氣溶膠收集在靜電棉的纖維表面時，接觸面積較大 （是面接觸而不是固態氣溶膠的點接觸），故對纖維和纖維間因靜電所產生的電場強度，有較大的傷害。
所以如果工作在有高濃度油性／水性氣溶膠環境中（餐廳廚房，石化廠…）口罩更換頻率需較高。
另外要提到一點，就是有些以氣體形式存在化學物質，在環境中如果濃度太高，對口罩中的靜電棉的靜電強度也會有負面的影響。
3.細菌（Bacteria）和病毒 （Virus）
細菌（~0.3-30 微米，相對來說要大的多）和病毒（~0.004-0.4 微米，相對來說要小的多）對人體都會造成傷害。如前所述和圖表一所示，很小的病毒和很大的細菌都不一定是問題，但粒徑在0.3微米附近的病毒和細菌，因為過濾效率最低，所造成的威脅，相對來說，也可能較嚴重。
細菌和病毒在物理意義上來說和平常的氣溶膠是一樣的，實驗中空氣篩檢程式（包含口罩）過濾的效果也是一樣的，國外其實有很多這方面的研究（ASHRAE，RTI…），雖然市面上的口罩對醫用和民用的口罩有所區別，但如果在口罩供給趕不上需求時，戴口罩本身比是否戴的是醫用口罩來說要重要的多。
這次的冠狀病毒的傳染很快，除了常見的飛沫傳染，可能和病毒氣溶膠化（Aerosolized）有很大的關係，氣溶膠化指的是當人咳嗽，打噴嚏甚至說話和呼吸時，都會製造氣溶膠（Aerosol/Particulate），病毒有可能是單獨或混在唾液裡被放出體外，當唾液裡的液體因外界的相對濕度較低而蒸發時，剩下的就是病毒或是有病毒附在上面的氣溶膠了，病毒和有病毒的氣溶膠的粒徑可能都很小，可以漂的很遠，也就是產生後，危險半徑大大的增加了！
4.配戴口罩所需注意的事項
筆者最近對數種市面上一般使用的口罩材料（N95以下），做了效率和吸氣阻力的測試，在此對測試的步驟不做贅述，發現在0.3微米的效率為 13-92%，如前所述，穿透率為8-87%，也就是市面上口罩的性能有很大的差別，可以說好壞之間有超過10倍（87/8 >10）的差別，國際上對於高效率的口罩都有很完整的標準，但對於日常使用的口罩，這一塊的標準是有待加強的，尤其是碰到有疫情的時候。
i.戴口罩時的密封性是很重要的
戴口罩時，特別要注意密封，如果密封不好，過濾細菌和病毒的效果，會大打折扣，尤其是醫務工作人員，需戴較高效的口罩（N95以上，R，P 級別），以N95的口罩為例，很多的N95口罩，在0.3 微米的效率都在99%以上（穿透率<1%）， 即使只有少量的漏氣，例如3%，那也意味著防護力大大的減少，和1% 穿投率比較，至少有3倍的差別。日常戴口罩，如果有漏氣時，往往會大於3%. 在先進國家，對於在有嚴重傳染病人的環境裡工作的人員，戴口罩後都需經過密封測試（Respirator Fit Test），確定有足夠的防護力，才讓他們進入醫療機構和病房. 高效的口罩，雖然效率高， 但吸氣的阻力也較高，有時很難長時間佩戴，尤其是心肺功能不好的人，故在有傳染病人的危險區域工作的人，會直接戴有pump（battery operated）和100%效率過濾罐的全面罩式的防毒面具，因過濾的空氣是打入面罩內， 是正壓，不會有呼吸困難的問題，另外可以防止病毒從其它器官（如眼睛和鼻子）進入人體。其它效率低於N95口罩的密封性也很重要，要記住，戴口罩不是一種形式，而是一種保護。因為沒有這層保護，後果可能是很嚴重的，如有醫用的膠帶，可用膠帶將口罩和面部接觸的地方貼上膠帶以減少漏氣。
ii.口罩的選擇
市面上的口罩種類很多，分類也很複雜，在各式口罩供應充足時，可以按類別佩戴，但如果供給不夠，重點就成為戴口罩而不是口罩的類別了。 N95口罩，效率高，但因吸氣阻力大，並不是一定需要，可選擇N95以下的口罩。 但醫務人員在受污染的環境中工作時，在身體能夠負荷的前提下，可選擇N95以上，甚至全面式的防毒面具。
立體式口罩和平面式口罩有差別嗎？答案是：有的，立體式口罩的密封性較平面式口罩的密封性要好。另外口罩中靜電棉的效率對通過氣體的面速（face velocity）較敏感，面速增加，氣溶膠通過濾材的時間會減少，所以靜電棉中靜電電場對氣溶膠的吸引力也會減少，過濾效率會降低，效率降低也就是降低了防護的能力。一般來說，人類呼吸的吸氣量大概是5-8 lpm (公升/分鐘），一次吸氣和呼氣的氣體容量大概是 500 cc。相對來說，但並不是絕對，立體口罩的可利用濾材面積較平面口罩的濾材面積要大且較均勻，平面口罩的有效過濾面積大都僅限於口鼻附近，尤其是在鼻子的下方，局部面積的面速在吸氣時會較高，故平均的過濾的效果和效率可能沒有立體口罩高。
iii.口罩使用的壽命
在供應充足的情況下，按照指示使用，但在現今口罩供應緊缺且有疫情的狀況下，延長使用的時間，問題一般不大，至於延長使用時間的長短，則視每日戴口罩的時間，所在環境中氣溶膠的濃度及口罩的供給來決定。前提還是要戴口罩！
一般如不在高危環境下工作的人，一片一次性的口罩用個3-5天，是沒有什麼問題的。防疫物資畢竟要留給最需要的人。
照顧冠狀病毒病人的醫務人員則不一樣，可能更換口罩的頻率比平時還要高。這也就是為何一線醫務人員的防護品一定要充足。
電視或日常生活裡，看到有人戴好幾層口罩，有幫助嗎？答案還真是肯定的！空氣篩檢程式的濾材裡若有數層材料，效率的計算方是Ptotal=P1*P2*P3….，這裡的P是穿透率，有人戴了兩層口罩，在0.3微米時，第一層的效率是40% （穿透率為60%=0.6），第二層的效率是70%（穿透率是30%=0.3），兩層的總穿透率為Ptotal=0.3*0.6=0.18(18%）， 效率可提升到82%，但吸氣阻力同時也會增加（兩者之和）。在沒有高效篩檢程式，而所處環境又需高效篩檢程式時，這不失為一個解決問題的方法。 當口罩的使用的時間加長時，要注意的是口罩是否有損壞？切忌用酒精消毒，不要把口罩放在有機化學物質附近（尤其是易揮發的有機物質（VOC），VOC的chemical vapor會傷害口罩裡靜電棉的靜電效應。
這兩天電視上有專家們在辯論冠狀病毒是否會以氣溶膠（aerosol/particulate）的形式傳播，一般感染的方式除了接觸傳播和飛沫傳播，還有氣溶膠的傳染方式，前兩者的影響範圍較小，但病毒若以氣溶膠的形式傳播，其傳播的範圍和傷害，就要大的多。與其辯論病毒是否氣溶膠化，不如儘快做些實驗去驗證，這些實驗的結果一般都可以很快得知的。
如在醫療機構和病房裡採集空氣中氣溶膠，經過培養，並計算病毒的數量就可得知。如果病毒的氣溶膠化被證實了，防護的方法，尤其是對醫務人員的防護，肯定是要升級的。當然，病毒一旦變成氣溶膠後，病毒的生命不是無限的，而是會在一定時間範圍內死亡的。但為了小心起見，在室外，當疫情還沒有完全消失之前，最好還是戴口罩！
其它的防護品，如空氣濾清器，使用得當，也可以大大的減輕冠狀病毒以氣溶膠的方式傳播的危險，筆者的經驗和做過實驗，一個中型的空氣濾清器，在一個密閉的空間裡，可以在20-30分鐘內，將一個25 平方米房間內氣溶膠的濃度，降低90%以上（所有粒徑 > .02 微米的氣溶膠 ）。
筆者希望此文能讓大眾對口罩材料中擔當過濾重任的靜電棉，正確戴口罩的方式及應注意的事項有所認識和説明。並希望疫情能迅速的得到控制和消滅，對在武漢和湖北，中國其它的省市及全球各地第一線奮戰的醫療人員，筆者除了表示最高的敬意外，也希望此文對他們的自我保護，有所助益。
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