微观世界|第2期 揭开雾霾之纱

——雾霾中危害人类健康的罪魁祸首

前期回顾

从我们第一期的文章中可以得知：一般的防雾霾口罩是由【无纺布-静电滤棉-无纺布】三层组成的，且每层的显微形貌相差很多。因此笔者猜测：在过滤雾霾的过程中，口罩每层所起的作用是不是不一样呢？

序  言

本期主题是揭开雾霾之纱，探究雾霾中危害人类健康的罪魁祸首。通过扫描电镜和Bruker公司的电制冷超快速分析能谱X-Flash6-30的【元素面分布功能】，对使用后的口罩内不同层上的雾霾颗粒进行了成分分析，来看看是否口罩的不同层数过滤的雾霾颗粒都不一样，借此来帮助大家认识防PM2.5口罩每层所起的作用。

一、人工吸霾器——为显微技术献身说法

本期专题是我们可爱的电镜应用工程师戴着口罩在雾霾天气“以身试法”，戴着防雾霾口罩在雾霾下走了1小时来进行“样品制备”的，想看看我们平时生活中吸入的雾霾颗粒到底都是什么？

左上：环湖一周步行路线图；  左下：吸霾取样过程中实景拍摄图片    

右：使用后的3M9501口罩

从上图我们可以看到，在如此严重的雾霾天气下，活动1小时后口罩外层就由白色变成了灰色。试想如果不带口罩的话，这些颗粒都会直接被我们吸进身体中，严重危害了人们的身体健康。

二、不同口罩过滤层上的雾霾颗粒成分分析

1. 外层无纺布

使用过的防PM2.5口罩的外层无纺布的元素分布图

使用过的外层无纺布上有形状各异的颗粒存在，大颗粒的尺寸近5um，小颗粒的尺寸小于1um。这显示，外层无纺布除了阻挡空气中的大粉尘颗粒外，还能阻挡一定含量的雾霾颗粒。能谱分析结果显示吸附在外层无纺布上的颗粒的主要元素有Si、O、Fe、Al、C、Ca、Ti、K和Mg等。通过面分布的元素分析推断：这些颗粒可能为硅酸盐类矿物、硅/铝氧化物、铁氧重金属化合物。

2. 外层静电滤棉

使用过的防PM2.5口罩的外层静电滤棉的元素分布图

使用过的外层静电滤棉上有大量弥散分布的细小颗粒状物质，显示外层的静电滤棉起到了很好的阻挡雾霾颗粒的作用。通过BRUKER能谱的分析，能谱分析结果显示吸附在外层静电滤棉上的颗粒的主要元素有Fe、S和O等。通过面分布的元素分析推断：这些颗粒可能为硫酸铁、硫化物和铁氧重金属化合物等。

3. 内层静电滤棉

使用过的防PM2.5口罩的外层静电滤棉的元素分布图

使用过的内层静电滤棉相对于外层的静电滤棉，颗粒物要少很多。表明整个静电滤棉在阻挡雾霾颗粒时起到了很好的的作用。能谱分析结果显示吸附在内层静电滤棉上的颗粒的主要元素有Si、O、S、Fe等。这些颗粒可能为铝硅化合物、硫化物、重金属化合物等。

4. 内层无纺布

使用过的防PM2.5口罩的内层无纺布的元素分布图

通过寻找发现内层无纺布上的颗粒基本上已经很难找到，仅有少部分颗粒物存在。能谱分析结果显示吸附在内层静电滤棉上的颗粒的主要元素有Si、O、S、Al等元素存在。相对于之前的测试结果，我们发现透过口罩的主要是硅、铝等轻质元素氧化物，重金属元素的氧化物已经没有了。

三、后记

通过元素面分布的手段对颗粒物化合成分进行定性分析，我们可以发现过滤雾霾的口罩上主要是硅酸盐类轻质元素化合物及含铁的重金属氧化物。外层无纺布挡住了大量的大尺寸颗粒，内层静电滤棉吸附了几乎全部的带电性的颗粒物，最后一层无纺布将遗漏的不带电小颗粒也拦了下来。

同时笔者提醒：如果雾霾天不戴口罩，这些颗粒成分在平时的呼吸中都会被吸入我们的身体内，给我们的健康带来了极大的危害。

因此建议大家，在冬季雾霾多发的时期，尽量减少出门几率，即便出门也要戴好防PM2.5的口罩，来保证个人的身体健康。

下期主题三选一：

A、雾霾中空气悬浮颗粒的具体化合组成及含量。

B、空气中落尘的形貌及化合物组成。

C、新话题——用显微镜解密“财富之谜”。