Дивовижна фізика масок N95 і FFP2
До березня 2020 року, найімовірніше, ви не знали, що таке маска Н95, або, принаймні, не згадували про такі респіратори, якщо тільки неп виконували будівельні роботи з великою кількістю пилу, або жили в частині світу з дуже забрудненим повітрям.
А дізнавшись про респіратори ви можете подумати, як і я, що маска Н95 - це, по суті, дуже-дуже тонке сито, мережа волокон із проміжками надто малими, щоби пил, або інші частинки в повітрі змогли крізь них пройти.
Це сито відфільтровує частинки більші ніж щілини, а частинки менші ніж щілини ним не затримуються.
Таким чином, можна очікувати, що починаючи з певного розміру достатньо малі частинки зможуть проникати крізь маску, але маски Н95 працюють не так.
Частинки, які вони відфільтровують, як правило набагато менші ніж проміжки між волокнами в масці.
Ба більше, маска Н95 насправді дуже добре фільтрує як найбільші, так і найдрібніші маленькі частинки, але не маленькі частинки середнього розміру, які затримати найважче.
Це зовсім не схоже на сито, тому що маска Н95 набагато технологічніша і складніша ніж сито.
Основне призначення маски-респіратора Н95 у тому, щоб змусити частинку, що перебуває в повітрі, доторкнутися до волокна в масці.
Неважливо наскільки великою є частинка, як тільки вона торкнеться будь-якого волокна, то залишиться зв’язаною з ним і далі не переноситиметься з повітрям.
І справа тут не у волокнах, а у розмірі частинок.
У мікроскопічному масштабі фактично всі поверхні липкі, тому що сили міжмолекулярного притягання достатньо щоб утримувати крихітні об’єкти.
Тож вам не слід думати про маски Н95 як про тонку протикомашину віконну сітку, яка не пропускає комах певного розміру.
Краще думати про них як про липку павутину, яка може піймати комаху будь-якого розміру, щойно та торкнеться нитки.
І саме тому маски Н95 використовують цілу купу фізичних та механічних прийомів, щоб змусити частинки торкнутися волокон.
По-перше, багато сіток краще ніж одна.
На відміну від сита, де вкладання багатьох ідентичних сіток взагалі не покращує фільтрацію, більше шарів липких волокон означає більше шансів, що частинки прилипнуть і застрягнуть.
Ймовірність потрапляння чи непотрапляння частинки на волокно значною мірою залежить від розміру самих частинок.
Частинки розміром понад одну тисячну міліметра рухаються по прямій через власну інертність, а оскільки шарів волокон дуже багато прямолінійні траєкторії таких частинок гарантовано потраплять на якесь волокно.
Частинки ж, які є дуже-дуже маленькими настільки легкі, що зіткнення з молекулами повітря буквально штовхають їх в різних напрямках, тож такі частинки рухаються хаотично зигзагоподібними траєкторіями, що називається Броунівським рухом.
Такі випадкові блукання також дуже сильно збільшують ймовірність того, що частинка зіштовхнеться з волокном і застрягне.
Частинки проміжних розмірів найважче фільтрувати.
Це пов’язано з тим, що вони не рухаються прямими траєкторіями, але і в броунівському русі участі ще не беруть.
Натомість, вони переносяться разом з повітрям, коли воно обтікає волокна, тобто ці частинки, найімовірніше, пройдуть навіть крізь маску з багатьма шарами.
Але у масок Н95 є хитрість в рукаві - вони можуть притягувати частинки будь-якого розміру за допомогою електричного поля.
В присутності електричного поля навіть в нейтральних частинках відбувається перерозподіл зарядів, у зв’язку з чим ці частинки почувають відчувати це поле.
Ось чому нейтральний пінопласт прилипає до кішки, чия шерсть має на поверхні певний заряд.
Саме так статична електрика допомагає волокнам масок Н95 притягувати частинки.
Однак, на відміну від котячого хутра, електричне поле маски Н95 не є просто однорідним полем.
Волокна цих масок нагадують постійні магніти, але для електричного поля.
Такі речовини називаються електретами.
Так само, як ви можете намагнітити кусок заліза, помістивши його у достатньо сильне магнітне поле, ви можете наелектретити, або поляризувати шматок пластику, щоб він став джерелом постійного електричного поля.
Поляризовані волокна в масці Н95 набувають довго тривалу здатність притягувати частинки, а це означає, що вони захоплюють приблизно в 10 разів більше частинок ніж звичайні волокна.
І в цьому, зрештою, і полягає призначення маски Н95 - відфільтровувати частинки з повітря.
Завдяки молекулярному прилипанню, використовуючи багато шарів волокон, які вловлюють великі частинки, що рухаються прямолінійно і дрібні частинки, що рухаються хаотично, а також маючи електричне поле, яке притягує всі частинки, ви отримуєте маску, а не сито.
Ця маска чудово справляється з вловлюванням дрібних і великих частинок і досі добре відфільтровує частинки середнього розміру.
І те, яка частка цих пронирливих частинок середнього розміру захоплюється, дає нам показник ефективності, який вказаний на масці.
Якщо відфільтровуються щонайменше 95% таких частинок, то маска отримує позначку Н95.
Гаразд, маски Н95 можуть бути дуже ефективними, але, якщо ви медичний працівник і ви використовуєте одну з них, ось кілька важливих речей, на які варто звернути увагу.
Найбільший внесок в ефективність маски Н95 насправді робить не сама маска, а те, чи правильно ви її застосовуєте.
Якщо маска не повністю прилягає по периметру до обличчя, повітря і частинки, які ви хочете відфільтрувати, можуть просто обійти фільтр взагалі.
Пил, дим, пилок, бактерії та віруси мають різні розміри і тому фільтруються масками Н95 у неоднаковій мірі.
Проте мікроби чи віруси, які є збудниками хвороб, що передаються через повітря, зазвичай не подорожують самостійно.
Ми видихаємо або викашлюємо їх краплями, розміри яких можуть сильно різнитися.
Тож розмір самого вірусу чи самої бактерії не має особливого значення.
Маски Н95 призначені для одноразового використання, але попит через пандемію ковід-19 призвів до глобального дефіциту цих масок, і реальність полягає в тому, що медичним працівникам доводиться використовувати їх повторно, а отже дезінфікувати їх.
Важливо пам’ятати, що певні види дезінфекції, наприклад використання спиртовмісних чи інших розчинів, можуть погіршити електростатичні властивості маски і послабити її фільтрувальну здатність, навіть якщо сама маска на вигляд залишається практично новою.
Н95ДЕКОН - це команда вчених-добровольців, що розробляють та обмінюються науково-обґрунтованими методами дезінфекції, щоб маски можна було безпечно повторно використовувати під час цієї кризи.
