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空气污染口罩真的管用吗?

当全国各地的中国人(以及一大批住在中国的外国人)早晨醒来时都不得不面对严重的空气污染时,现实迫使十几亿中国人民需要在一个原本复杂的科学问题上成为专家——口罩真的管用吗?

从那时开始到现在,我已经给中国各地数以百计的人做过演讲,来分享如何保护自己免受空气污染侵害的知识。在这些演讲中,我听到了一些来自聪明又富有怀疑精神的人们的质疑。在这里我想回答这些疑问,因为很幸运地,聪明又富有怀疑精神的科学家们(再加一个献身科学的书呆子——我自己)已经用实实在在的实验和数据回答了这些质疑。

  1. “口罩不能过滤掉非常微小的颗粒”

怀疑派说:

最危险的颗粒是那些最小的颗粒。但是口罩这么薄,怎么可能捕捉到最小的颗粒?

科学测试:

爱丁堡大学的研究人员测试了不同种类的常用口罩。他们通过使用柴油发电机(模仿汽车排气装置)向不同口罩排放废气,然后用一个粒子计数器测出有多少颗粒穿透了口罩。下面是我画的实验示意图:

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一个重要的细节:他们使用的粒子计数器能够测量到小至0.007微米的颗粒。我们这里讨论的可是真正的微小颗粒!

首先他们用一个简单的棉质手帕做了测试。有时我在中国看到骑自行车的人会戴着这种手帕。

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结果不是很好,过滤了28%的颗粒。

下一个测试的是便宜的医用口罩。

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效果不错!这个结果会让人感到意外(在密封性测试中它的表现会差大概20%,参考下面文章,但是已经比大部分人们直觉认为的结果好得多)。

然后他们又测试了一些自行车用口罩:

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大部分能够达到80%。

接下来测试了一些便宜的3M口罩:

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这些口罩的都过滤了95%以上的颗粒。非常棒!

结论:即使是非常微小的颗粒,口罩也能过滤掉。

2.  “好吧,就算口罩能够过滤小颗粒,但是当你戴着口罩时,空气就从口罩的边缘漏进去了。”

怀疑派说:

理论上口罩是管用的,但是这些测试不是在真人脸上做的。当你真的戴着口罩时,它不能很好地贴合脸部,所以它们还是没用。

科学测试:

这个问题更难回答,因为你必须在实际戴着口罩的时候测试口罩效果。为了做到这一点,你需要一个非常昂贵的密封性测试仪器。幸运的是,在我好几周不断的请求下,3M公司终于同意我用他们在北京的实验室。

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蓝色管子采集口罩外的空气,白色管子从口罩内采集空气(密封测试细节) 。

生活在北京的Richard Saint Cyr医生也做了口罩密封测试。所以我把我的数据跟他的数据做了个整合。这是不同口罩在我们脸上的效果:

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口罩对大多数人效果也这么高吗?

明确一点很重要:在我脸上做的测试不一定适用于其他人。但是,也有更广泛的实验数据。香港的研究者测试了22位中国人,结果发现3M口罩在他们脸上平均效果达到了99.5%。这个结果相当于Saint Cyr医生和我的测试结果中的最好成绩了。所以有实验数据说明在中国人的脸上,口罩也可以达到很高的密封性。

 

好口罩是贵的口罩吗?

下面的图是口罩测试结果和价格对比。

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好在有效的口罩并不需要花费昂贵的价钱。而且为了呼吸到洁净的空气,我们不需要买个市面上最贵的口罩。

 

注意:关于气体污染

口罩的测试结果很好,但是也要注意:这些测试都是关于颗粒污染的。大部分市面上销售的口罩都不是用来过滤二氧化氮(NO2)或者臭氧(O3)的。所以口罩不是我们100%的保护伞。

 

    3.  有实验证明戴口罩有利于健康吗?

这可能是最难回答的一个问题了。然而,还是可以参考两个可靠的研究。研究人员在北京随机分配一组人戴着或者不戴口罩在北京走路,然后测量他们的心率和血压(12)。

Mask Study Blood Pressure CN

戴着口罩的时候,参加者血压更低而且心率更有规律。

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结论:口罩可以过滤十分微小的颗粒,当你戴着口罩时也是这样。而且有专业研究结果表明戴着口罩有利于健康。这些应该足够让怀疑派们信服啦!

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Do ionizers actually clean air?

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The other day, someone on Quora asked whether ionizer fans actually purify the air. This is an important question because ionizer purifiers are all over the place. For example, I was at a friend’s apartment in the US, and I saw his tower fan had an ionizer button on it:

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It’s also important because several friends in China have sent me links to products like this:

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Amazing! A “miraculous purifier” that removes PM 2.5 and formaldehyde in just 30 seconds. And all that for far cheaper than regular purifiers and even cheaper than building your own purifier.

If this is true, my life in Beijing is now so much easier. But is it true?

So how do ionizers work? 

Here’s my bedroom, with an ionizer and bad particles in the air:

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That ionizer shoots out negative ions:

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Those ions cause the particles to stick to surfaces, like my bed, the wall, and the floor:

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That’s the principle behind ion generators. It’s hard to see it happening with these tiny particles, but you’ve seen it on a visible scale if you’ve seen someone rub a balloon on their hair and then stick it to a wall.

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But wait #1

A summary of scientific tests of air purifiers found that most ionizers have no noticeable effect on particulate levels (p. 8). Their conclusion is that most ionizers are too weak to have an effect. Studies do show an effect if they use very strong ionizers–much stronger than most ionizers on the market (p. 19).

But wait #2

OK, so regular ionizers don’t work, but we can use a big one! The problem is, when you put that many ions into the air, it produces ozone. Ozone is harmful, so that’s not good!

But wait #3

Even if we use a really strong ionizer and even if we can accept the ozone, you might have noticed that the ionizer didn’t actually filter out the particles. It just made them stick to my bed, wall, and floor.

First, that’s gross. Since the particles floating around here in Beijing include things like arsenic cadmium, and lead, I’d rather not have them stick to my pillow.

Second, they’re still a danger. The particles are just sticking to my bed. So let’s say Thomas comes home:

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When I sit down on my bed, I’ll dislodge those particles, and they’ll float back into the air. Here’s my super scientific rendering of that process:

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Those problems are what led Consumer Reports to publish tests and warn people not to buy the Sharper Image Ionic Breeze. Sharper Image sued Consumer Reports; Consumer Reports won.

So when people send me links asking about these “miraculous” purifiers, I tell them to steer clear.

Careful not to overgeneralize

But let’s not draw too broad of a conclusion here. This doesn’t mean ALL air purifiers are junk. Instead, I use HEPA filters. HEPAs actually capture particles, and they are backed by empirical tests (1, 2, 3, 4, 5, 6). Here’s a little test I did with HEPA filters in Beijing:

 

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加一层活性炭会降低颗粒净化效果吗?

我最近公布了活性炭的测试,发现活性炭真的能减少VOC。但是测试活性炭之后,我有疑问:

如果加一层活性炭,风扇的风阻会加大。这样会不会让大炮对颗粒的效果降低?

方法

为了测试这个问题,我在原来的15m2北京公寓做了10次房间测试。滤网顺序是:大炮 + 活性炭 + HEPA。

每次测试是整个晚上,用激光空气测试仪记录每小时的0.5微米和2.5微米及以上的颗粒。测试条件跟我之前的测试方式一样

结果

加了一层活性炭,颗粒效果降低1-2%,所以有影响,但是不是很大。

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DIY 1.0力气没那么大。加活性炭后,DIY 1.0对0.5微米颗粒的效果降低19%,对2.5微米颗粒效果降低15%。

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结论

为了需要活性炭的人,我建议在大炮上使用。但是DIY 1.0我不建议(或者可以单独用一台DIY 1.0加活性炭)。

跟之前一样,为了其他书呆子同胞们,我发布了原始数据和详细的方法,请看本文的英文版本。http://smartairfilters.com/cn/2015/01/13/加一层活性炭会降低颗粒效果吗?/