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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!

indoor vs outdoor

上海测试:室内比室外空气好吗?

我刚拿到第一台空气测试仪的时候,我做了一个小测试:我去了北京几个地方采样,想看看室内空气是不是比室外空气好。结果发现是

不过,那次测试有些缺点。首先,我第一台测试仪没有电池,所以我当时只能估计外面的空气污染。第二,我当时也没分析有什么因素让某些地方的空气比其它地方要好。

上海测试

现在有了很方便带电池的Dylos DC1700测试仪!可以测到室内和室外的空气。这是我最近在上海测到的空气:

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我趁去上海的机会做了新的研究:我在8月27-29号在11个地点做了14次测试,测试了室内和室外的空气。那几天上海AQI平均为158 (70微克)。我主要是在法租界采样,另外去了复旦大学。所有的采样点都不用空气净化器。

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我尽量去更多地方做测试,连公共厕所都进行测试了:

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结果

我分析了0.5微米颗粒(上面的图片左手边的数值);这些小颗粒跟政府的PM 2.5数值相关性很高。14次测试的结果是这样的,红色线是外面的污染程度:

 

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平均来说,室内的空气污染只有外面的69%。这个结果符合我在北京做的测试结果,也符合美国环保局的测试结果

为什么有的地方空气更好?

后来我想知道为什么有的地方的空气更好,有的地方更脏。比如说,我回家的时候(还没开净化器),我家里只有外面空气的30%的颗粒!但是我去的公厕有134%的颗粒–比外面还要糟糕。

我分析了最简单的原因:门窗关着还是开着?颗粒污染主要来源是外面的空气。而且,如果关门窗,颗粒会慢慢下降而落在地上。所以关门窗的时候,室内的空气应该更好。

所以我先分析了所有开着门窗的地方:

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很恐怖!如果开门窗,我呼吸的空气基本上跟外面一样脏(92%)。下面的图是公厕的实拍:

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不过,在平时关门窗的地方,结果很不一样:

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关门窗的地方只有外面的57%的颗粒。下面的图是在复旦大学的实拍:

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还有,关门窗的地方的空气总是比外面要好。只有一个例外:圆圆餐厅有(115%)。这些颗粒物应该是来自炒菜。

结论

结论很简单:我们一般在室内呼吸的空气比外面的要好,就算不用空气净化器。

建议

  1. 尽可能在室内运动。我在中国的时候在健身房锻炼身体(我在外面的时候戴口罩)。
  2. 在咖啡厅和酒吧,我一般选择坐在里面而不是外面。

最后一个例外

值得记住:有时候空气污染来自室内。一般这种情况是因为刷墙或者装修。如果家里有那种装修的味道,有时候开门窗更好(或者用活性炭)。

这意味着室内空气安全吗?

我说室内空气比外面好,但是要记住:“更好”不等于“安全”。14次测试当中,没有任何地方低于世界卫生组织的安全上限:

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How Safe is Indoor Air?

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I recently had a conversation in Beijing that went something like this:

Friend: I’m not sure if I can make badminton tomorrow. I have a basketball game in the day.

Me: Oh man, do you play outside?

Friend: Nah, it’s inside.

Me: Oh, phew. Good.

Friend: Wait, why do you say that?

Me: Oh, the air is way worse outside. I used to feel like I had asthma after playing basketball outside.

Friend: Really? No, they’re not that much different. I saw it’s just 20% different.

Seeing as how nerds cannot let matters of fact go, I started using my particle counter to take measurements of inside and outside air at different locations around Beijing. This answer is important: it tells you if it’s any safer to exercise indoors and how much damage you’re doing to your lungs by choosing that seat outdoors at your favorite cafe or restaurant.

So I took measurements in six locations around Beijing, in apartments, cafes, and my gym. I only chose bad days (pollution concentration above the WHO standard of 25), and I avoided days where it rained (because rain can cause quick changes in air quality). Here’s what I found:

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On average, indoor air had only 36% of the pollution outdoors.

Things were a little worse for the smaller .5 micron particles, but still much better than outside:

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On average, indoor air had only 51% of the .5 micron particulates of outside air. My guess is that the .5 micron data was worse than 2.5 micron data because it’s easier for smaller particles to get into your home and stay suspended in the air.

There is a lot of variation between places. For the 2.5 micron particles, the locations varied from 14% to 58%. Dr. Saint Cyr also found significant variation between two apartments he lived in, 50% to 70%.

Conclusion: In terms of particulate pollution, you’re safer snagging an indoor seat and working out indoors, particularly on bad days (I’ve seen some argue that we are particularly vulnerable when we work out because we breathe more deeply than normal).

But remember that doesn’t mean indoor air is safe, just better than outside. For example, if your air at home had 40% of Beijing’s concentration last night at 11pm (8/15), you would’ve had 64 g/m3 in your home, which is more than twice the WHO standard of 25.

As usual, I’m posting more on my methods and raw data below.

(更多…)

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Independent Confirmation

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Independent Confirmation. I’ve always suspected that what I’ve “discovered” is so basic that people must’ve known about this before. Lo and behold, doctors at the University of Michigan recommend that people who suffer from allergies make a purifier for $25 with a furnace filter and a box fan.

Getting independent confirmations of results is always important, and their live tests with a particle counter are convincing. However, their test is with a MERV filter, which catches less than HEPA filters. The upside is that they let more air flow through. I suspect that’s why his numbers are low, but not as low as my tests with a HEPA.