Blockdit Logo (Mobile)
Novice Physicist - นักฟิสิกส์เลเวล 1
•
19 ก.ค. 2020 เวลา 10:08 • สุขภาพ
ความลับทางฟิสิกส์ของหน้ากาก N95
ในปัจจุบัน หน้ากากได้กลายเป็นหนึ่งในสิ่งที่ขาดไม่ได้ในการดำรงชีวิตไปเสียแล้ว หลายๆคนน่าจะเริ่มสวมหรือพกหน้ากากเวลาออกไปไหนมาไหนตั้งแต่ช่วงปีที่แล้วที่มีฝุ่น PM2.5 จนกระทั่งมาในปีนี้ที่โรค Covid-19 ระบาดมาเป็นเวลาครึ่งปีได้แล้ว ซึ่งหน้ากากที่เราใช้กันก็มีหลากหลายแบบ ตั้งแต่หน้ากากผ้า หน้ากากอนามัย จนกระทั่งไปถึงหน้ากาก N95 ที่ราคาแพงและจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับบุคลากรทางการแพทย์ที่ต้องใกล้ชิดกับผู้ติดเชื้อ เพราะว่าหน้ากากชนิดนี้สามารถกรองอนุภาคในอากาศที่มีขนาดประมาณ 0.3 ไมครอน ได้ดีถึง 95 เปอร์เซ็นต์ (ที่มาของเลข 95)
แต่สิ่งที่น่าทึ่งกว่านั้น ก็คือความลับทางฟิสิกส์ที่ทำให้หน้ากาก N95 นี้มีประสิทธิภาพอย่างมากต่างหากละครับ
ต้องเกริ่นก่อนว่า ในกรณีของหน้ากากผ้า หรือหน้ากากอนามัยที่เราใช้กันทั่วไป จะใช้หลักการเดียวกับตะแกรงหรือกระดาษกรอง นั่นคือมันจะทำหน้าที่บล็อกสิ่งที่ขนาดใหญ่กว่ารูในการกรองหรือช่องว่างระหว่างเส้นใย แต่อนุภาคที่เล็กกว่ารูนั้นก็สามารถผ่านการกรองของหน้ากากเข้ามาได้ ทำให้ถ้าเกิดอนุภาคมีขนาดเล็กมากๆ หน้ากากผ้าหรือหน้ากากอนามัยก็ไม่สามารถปกป้องเราจากมันได้ แต่หน้ากาก N95 สามารถป้องกันได้
ที่น่าสนใจก็คือก็คือ หน้ากาก N95 จะสามารถกันอนุภาคขนาดใหญ่ (มากกว่า 1 ไมครอน) และอนุภาคขนาดเล็ก (เล็กกว่า 0.1 ไมครอน) ได้ดีมากที่สุด โดยสามารถกันได้เกือบๆ 100 เปอร์เซ็นต์ แต่ดันเป็นอนุภาคขนาดกลางที่มีขนาดราวๆ 0.3 ไมครอน ที่สามารถกันได้ยากที่สุด (แต่ก็กันได้มากถึง 95 เปอร์เซ็นต์เชียวนะ) เหตุผลที่เป็นแบบนี้ เพราะว่าหน้ากาก N95 ไม่ได้ใช้หลักการการกรองแบบกระดาษกรองหรือหน้ากากทั่วไป แต่เป็นการทำให้อนุภาคต่างๆ “ติดแน่น” อยู่กับเส้นใยของหน้ากาก คล้ายๆกับแมลงที่ติดบนใยแมงมุมนั่นเองครับ
ถ้าอนุภาคมีขนาดเล็กและเบามากๆ พวกมันจะสามารถถูกยึดติดกับเส้นใยในหน้ากากด้วยแรง van der waals ที่เป็นแรงดึงดูดทางไฟฟ้าอย่างอ่อนระหว่างโมเลกุลที่อยู่ใกล้ๆกัน ดังนั้น หน้ากาก N95 จึงใช้หลักการนี้ให้เป็นประโยชน์ โดนการสร้างชั้น (Layer) ของเส้นใย polymer (มักจะเป็น polypropelene) หลายๆชั้นซ้อนกัน เพื่อเพิ่มโอกาสที่อนุภาคในอากาศจะสามารถมาชนและยึดติดกับเส้นใยในหน้ากากให้ได้มากที่สุด ซึ่งวิธีการแบบนี้ จะใช้ได้ดีกับ
1.อนุภาคขนาดใหญ่และมีแรงเฉื่อยสูง ที่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรง ทำให้หากหลุดรอดชั้นหนึ่งไปได้ ก็จะมีโอกาสไปชนอีกชั้นหนึ่งแทน โดยเราเรียกวิธีการนี้ว่า Capture by Inertial Impact
2.อนุภาคขนาดเล็กมากๆ มักจะเกิดการเคลื่อนที่แบบสะเปะสะปะไปมาเนื่องจากไปชนกับอนุภาคอื่นๆ หรือเรียกได้ว่ามีการเคลื่อนที่แบบ ‘Brownian Motion’ ซึ่งเมื่ออนุภาคเคลื่อนที่แบบนี้ ก็มีโอกาสสูงมากที่จะเคลื่อนที่ไปชนเส้นใยในหน้ากากได้เช่นกัน โดยเราเรียกวิธีการนี้ว่า Capture by Diffusion
โดยที่ตัวปัญหาก็คืออนุภาคขนาดกลางๆ ประมาณ 0.3 ไมครอน ที่มีความเฉื่อยไม่มากพอที่จะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง แต่ก็ไม่เล็กพอที่จะเกิด Brownian Motion พวกมันจะเคลื่อนที่ตามกระแสการไหลของอากาศ ซึ่งเคลื่อนที่อ้อมหนีเส้นใย ทำให้เส้นใยสามารถจับมันได้ยากกว่าอนุภาคขนาดอื่นๆ
แต่หน้ากาก N95 ยังมีอีกความสามารถหนึ่ง นั่นคือการที่เส้นใยของมันมีคุณสมบัติเป็น Electrets
Electrets ก็คือวัสดุที่มีความสามารถในการสร้างสนามไฟฟ้า ที่มีที่มาจากการนำวัสดุนั้นไปผ่านกระบวนการที่อยู่ภายใต้สนามไฟฟ้าความแรงสูง คล้ายคลึงกับการที่นำโลหะไปอยู่ภายใต้สนามแม่เหล็กความแรงสูง แล้วทำให้โลหะนั้นสามารถกลายเป็นแม่เหล็กได้ ดังนั้น เส้นใยในหน้ากาก N95 พวกนี้ ก็จะถูกทำให้กลายเป็น Electrets ที่สามารถปล่อยสนามไฟฟ้ามา เพื่อที่จะสามารถดึงดูดอนุภาคเล็กๆพวกนั้นได้ คล้ายกับเหตุการณ์ไฟฟ้าสถิต ที่เมื่อเราถูลูกโป่งกับผ้าสักหลาด แล้วเราสามารถใช้ลูกโป่งดึงเส้นผมบนศีรษะขึ้นมาได้นั่นเองครับ ด้วยความเป็น Electret ของเส้นใยเหล่านี้ จะส่งผลให้เส้นใยสามารถจับอนุภาคต่างๆในอากาศได้ดีมากขึ้น และเป็นส่วนสำคัญที่ทำให้หน้ากาก N95 มีประสิทธิภาพดีอย่างที่เราใช้กัน และเราเรียกวิธีการดักจับอนุภาคแบบนี้ว่า Capture by Electrostatic Attraction
ถ้าจะให้สรุปก็คือ หน้ากาก N95 นั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าหน้ากากแบบอื่นๆ เนื่องจากพวกมันไม่ได้กรองอย่างเดียว แต่พวกมันยัง “ดักจับ” อนุภาคต่างๆที่ลอยมาตามอากาศโดยใช้หลักการทางฟิสิกส์อย่างแรง van der waals และคุณสมบัติทางไฟฟ้าของเส้นใยที่กลายเป็น Electrets ด้วยเหตุผลเหล่านี้เอง ที่ทำให้หน้ากาก N95 สามารถทำหน้าที่เป็นโล่ชั้นดี ที่ช่วยสนับสนุนบุคลากรทางการแพทย์ทั่วโลก ในการรับมือกับโรค Covid-19 ที่กำลังระบาดในปัจจุบัน
โฆษณา