หน้ากากสู้ Covid-19 และ PM2.5

ส่วนตัวของผู้เขียนว่าจะรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับหน้ากาก ที่ศึกษาด้านกายภาพ โดยใช้กล้อง
จุลทรรศน์อิเล็กตรอนไมโครสโคป SEM และวิเคราะห์ธาตุวัสดุด้วย EDS ที่นำมาทำหน้ากาก
ตั้งแต่ไทยเกิดวิกฤตเรื่องฝุ่น PM2.5 แต่ยังไม่มีเวลา อีกอย่างผมยังไม่มีตัวอย่างหน้ากากN95
มาเปรียบเทียบ กับหน้ากากอนามัย หรือหน้ากากผ้า มาบทความนี้มีทั้ง 3 ตัวอย่าง3แบบที่จะ
นำมาเปรียบเทียบทางกายภาพโดยใช้กล้อง SEM และวิเคราะห์ธาตุด้วย EDS กันครับ

ย้อนดูบทความเรื่องฝุ่น PM2.5 คลิกครับ

ตอนแรกเลยจะศึกษาทางด้านกายภาพอย่างเดียว แต่พอดูทางกายภาพแล้วยังมีข้อสงสัยกับ
ภาพที่ปรากฏเลยวิเคราะห์ธาตุต่อเลยเป็นที่มาว่าทำไมจะต้องวิเคราะห์ธาตุด้วย ส่วนตัวผมไม่
ได้เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านหน้ากากนะครับ การวิเคราะห์หน้ากากยังมีเครื่องมือหลากหลายที่นำมา
วิเคราะห์กัน แต่บทความนี้เราใช้แค่เครื่องมือที่อยู่ใกล้ตัวผมมาศึกษา 2เครื่องมือข้างต้นเท่านั้น

ตัวแรกที่เราจะนำมาศึกษากันคือหน้ากากอนามัย 4ชั้น เป็นตัวอย่างที่ผมได้มาจากประเทศ
เพื่อนบ้านยี่ห้อหนึ่ง ขอปิดยี่ห้อและแหล่งที่มานะครับ เพราะช่วงที่ผู้เขียนได้เขียนบทความนี้
หน้ากากนั้นมีราคาเหมือนทองคำเป็นสิ่งหายากและลำบากเหลือเกินครับ

หน้ากากอนามัยแบบ 4 ชั้นตัวอย่างตามภาพด้านล่างครับ ถ้าเราดูด้วยตาเปล่าเราจะแทบมอง
ไม่ออกเลยนะครับ ว่าลักษณะเส้นใยจะเป็นแบบใด ทอลักษณะใหน ตัวอย่างตามภาพถ้าเรา
จะศึกษาทั้ง 4 ชั้นว่าจะเป็นลักษณะใดผมจะต้องตัดตัวอย่างให้มีขนาด 1x1ซม. ทั้ง4ชั้นเลย
ภาพด้านนอกหน้ากากอนามัยก่อนตัด


ภาพด้านในหน้ากากอนามัยก่อนตัด

การศึกษาทางกายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนไมโครสโคป ผมจะใช้ทั้ง 2โหมดในการ
ศึกษา โหมดแรกเป็นโหมดความเป็นสูญญากาศต่ำ LV Mode (Low Vacuum) กับอีกโหมด
โหมดความเป็นสูญญากาศสูง HV Mode (High Vacuum)ซึ่งโหมด HV จะต้องมีการฉาบ
เคลือบให้ตัวอย่างนำไฟฟ้าก่อน วิธีการเตรียมไม่ได้เขียนไว้ให้นะครับเพราะบทความจะยาวไป

ตามภาพล่างบนจะถ่ายโหมด HV จะเห็นลักษณะเส้นใยไขว้กันไปมา ถ่ายที่กำลังขยาย 50x
หรือกำลังขยาย 50เท่า ภาพถ่าย2โหมดที่กำลังขยายต่ำ ถ้าไม่สังเกตุ ทางกายภาพจะดูว่าจะ
เหมือนกัน แท้จริงแล้วภาพที่ถ่ายด้วยโหมด LV ที่เราใช้ BEI detector เราจะเห็นมีเม็ดขาวๆ
เล็กๆเต็มไปหมด ความแตกต่างของสีในโหมดนี้ บ่งบอกถึงความแตกต่างด้านองค์ประกอบ
ของธาตุแตกต่างกัน หรือความต่างด้าน Atomic No.ของธาตุนั้นๆจะอธิบายให้เห็นภาพอีกที
ที่กำลังขยายภาพสูงกว่านี้ครับ

ภาพล่าง เรามาดูภาพรวมในแต่ละชั้นตั้งแต่ ชั้น1-4 จะสังเกตุได้ว่าทางกายภาพของเส้นใยจะ
เหมือนๆกันเลยทั้ง4ชั้น  ตามภาพเป็นภาพจากโหมดความเป็นสูญญากาศสูง HV Mode
กำลังขยายภาพ 350x เท่า

ภาพล่าง ลักษณะทางกายภาพชั้น1-4 จะสังเกตุได้ว่าทางกายภาพของเส้นใยจะเหมือนๆ
กันเลยทั้ง4ชั้น  ตามภาพเป็นภาพจากโหมดความเป็นสูญญากาศต่ำ LV Mode ภาพที่ได้
จะแยกความแตกต่างตามอะตอมมิคนัมเบอร์ ธาตุเบาจะมีสีออกโทนมืดโทนเทา หากธาตุ
หนักจะมีสีโทนออกสว่างหรือขาวกว่าธาตุเบาครับ

มาดูภาพขยายแต่ละโหมดกันชัดๆกันอีกทีนะครับ
ตามภาพล่างเป็นลักษณะเส้นใยถ่ายที่กำลังขยาย 350x เท่า ในโหมด HV Mode

ตามภาพล่างเป็นลักษณะเส้นใยถ่ายที่กำลังขยาย 350x เท่า ในโหมด LV Mode

ตามภาพบน หากดูภาพสองโหมดเทียบกันจะเห็นเม็ดๆฝั่งอยู่ในเส้นใยอย่างสม่ำเสมอกัน ดูภาพ
อย่างเดียวเราจะไม่ทราบได้ว่ามันคืออะไร เราก็จะวิเคราะห์ธาตุดูต่อนะครับว่ามันคืออะไร

เรามาวิเคราะห์ธาตุหน้ากากอนามัยด้วย EDS ด้านเชิงปริมาณ เชิงคุณภาพกันต่อนะครับ
ตัวอย่างบทความวิเคราะห์ธาตุเชิงปริมาณ เชิงคุณภาพคลิก
วิเคราะห์เชิงปริมาณจะได้ค่า ตามค่าด้านล่าง ดูค่าที่ช่อง Element Wt%นะครับ เราจะได้ค่า
Cคาร์บอน 71.24% Oออกซิเจน 17.86% Siซิลิกอน 0.11% Pฟอสฟอรัส 0.29% และ Ca
แคลเซียม 10.50% เป็นการวิเคราะห์โดยรวมที่กำลังขยาย 50เท่า

วิเคราะห์เชิงคุณภาพ ที่กำลังขยาย 50 เท่าเช่นกันจะได้ กราฟค่าตามภาพล่าง

ตามภาพล่าง เราจะมากำหนดจุดตำแหน่งวิเคราะห์ให้ละเอียดขึ้น เพื่อจะเช็คองค์ประกอบของ
ธาตุระหว่างเส้นใยตำแหน่ง 2 กับเม็ดขาวๆตำแหน่ง 1 กันตามภาพล่างครับ

วิเคราะห์เชิงปริมาณตำแหน่งที่ 1 เม็ดๆสีขาว จะได้ค่า ตามค่าด้านล่าง ดูค่าที่ช่อง Element
Wt% นะครับ เราจะได้ค่า Cคาร์บอน 27.33% ,Oออกซิเจน 47.20% ,Siซิลิกอน 0.05%, P
ฟอสฟอรัส 7.99%, และ Ca แคลเซียม 17.43% จะมี P,Ca เพิ่มขึ้นมา

เชิงคุณภาพ ตำแหน่ง 1 ตามกราฟล่าง

วิเคราะห์เชิงปริมาณตำแหน่งที่ 2 เส้นใย จะได้ค่า ตามค่าด้านล่าง ดูค่าที่ช่อง Element
Wt% นะครับ เราจะได้ค่า Cคาร์บอน 78.50% ,Oออกซิเจน 14.53% ,Siซิลิกอน 0.04%, P
ฟอสฟอรัส 0.05%, และ Ca แคลเซียม 6.88% จะเห็นได้มามี C คาร์บอน Oออกซิเจนเป็น
องค์ประกอบส่วนใหญ่ เส้นใยไนล่อน และผ้าส่วนใหญ่ก็จะมี 2ธาตุนี้รวมกันเกือบ 100%


อีกโหมดหนึ่งการวิเคราะห์ EDS เราสามารถหาตำแหน่งของธาตุว่า บริเวณภาพที่เราวิเคราะห์
ได้ธาตุมาแล้วนั้น แต่ไม่ทราบว่าอยู่บริเวณใดของภาพ เราสามารถมาวิเคราะห์การกระจายตัว
ของธาตุได้ต่อ ตามภาพล่างเราได้วิเคราะห์การกระจายตัว Mapping จะได้ผลว่าเม็ดๆที่เรา
เห็นจะเป็นกลุ่มของ Ca แคลเซียมส่วนใหญ่ Pฟอสฟอรัสอีกเล็กน้อย ส่วนเส้นใยจะเป็คาร์บอน
ส่วนมาก
การวิเคราะห์การกระจายตัวของธาตุเชิงคุณภาพ คลิกดูรายละเอียด

มาดูหน้าการตัวอย่างที่ 2 กันครับเป็นแบบ N95
ตามภาพล่างจะเป็นตัวอย่างหน้ากากแบบ N95 ยี่ห้อหนึ่ง ขออนุญาตุไม่บอกว่ายี่ห้ออะไรนะ
ครับ จะเป็นหน้ากากที่ป้องกันเชื้อโรค และฝุ่นได้ดีกว่าแบบแรกข้างต้นครับ

รูปร่างหน้ากากแบบ N95 ด้านนอก

รูปร่างหน้ากากแบบ N95 ด้านใน

ตามภาพล่างเป็นลักษณะเส้นใยถ่ายที่กำลังขยาย 50 x เท่า ด้านนอก ในโหมด LV Mode
ถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนไมโครสโคป SEM แบบสูญญากาศต่ำ ผมไม่ขอตัดหน้า
กากนี้แบบตัวอย่างแรกนะครับ เพราะอย่างที่บอกไว้หน้ากากมีค่ามากกว่าที่จะทำลายในภาวะ
ช่วง Covid19 ช่วงนี้ครับ ใช้ได้ใช้ไปก่อน ส่วนตัวยังต้องทำความสะอาดซัก ตากแดดนำกลับ
มาใช้ใหม่อยู่ครับ

ภาพล่าง ลักษณะเส้นใยถ่ายที่กำลังขยาย 350x เท่า ด้านนอก ดูแล้วลักษณะการเรียงตัวของ
เส้นใย N95 จะเหมือนกับหน้ากากอนามัยแบบแรก แต่ถ้าดูทางกายภาพแล้ว เส้นใยN95จะมี
ขนาดเล็กกว่าเราจะเปรียบเทียบเรื่องขนาดอีกทีนะครับในตอนท้าย

ภาพล่าง ลักษณะเส้นใยถ่ายที่กำลังขยาย 50x เท่า ด้านใน

ภาพล่าง ลักษณะเส้นใยถ่ายที่กำลังขยาย 350x เท่า ด้านใน

ตามภาพบน หากดูภาพสองภาพที่กำลังขยาย 350x จะเห็นเม็ดๆฝั่งอยู่ในเส้นใย เหมือนหน้า
กากอนามัยแบบแรก แต่มีน้อยกว่า และจะมีความต่างตรงมีเม็ดๆขาวๆก้อนใหญ่กว่า เกาะอยู่
ที่เส้นใยด้วยครับ ดูภาพอย่างเดียวเราจะไม่ทราบได้ว่ามันคืออะไร เราก็จะวิเคราะห์ธาตุดูต่อนะ
ครับว่ามันคืออะไร

เรามาวิเคราะห์ธาตุหน้ากากอนามัยด้วย EDS ด้านเชิงปริมาณ เชิงคุณภาพกันต่อนะครับ
บทความวิเคราะห์ธาตุเชิงปริมาณ เชิงคุณภาพคลิก
วิเคราะห์เชิงปริมาณจะได้ค่า ตามค่าด้านล่าง ดูค่าที่ช่อง Element Wt%นะครับ เราจะได้ค่า
Cคาร์บอน 77.64% Oออกซิเจน 18.58%  Mg แมกนีเซียม 0.42% Siซิลิกอน 1.09%
Ca แคลเซียม 1.89%  และTi ไททาเนียมอีก 0.39% เป็นการวิเคราะห์ที่กำลังขยาย 50เท่า
สังเกตุผลจะพบว่าตัวอย่างนี้จะไม่มี Pฟอสฟอรัส แต่ที่มีเพิ่ม Mg,Ti จากตัวอย่างก่อนหน้า


เราสามารถมาวิเคราะห์การกระจายตัวของธาตุได้ต่อ ตามภาพล่างเราได้วิเคราะห์การกระจาย
ตัว Mapping จะได้ผลว่าเม็ดๆที่เราเห็นจะเป็นกลุ่มของ Ca แคลเซียมที่ฝั่งอยู่กับเส้นใย คล้าย
กับตัวอย่าแรก ส่วนที่ไม่คล้ายจะเป็น Siซิลิกอน กับMgแมกนีเซียม ที่เกาะอยู่บนเส้นใยแทน
ไม่ใช่การฝั่งบนเส้นใย ส่วนเส้นใยจะเป็นคาร์บอนส่วนมาก
การวิเคราะห์การกระจายตัวของธาตุเชิงคุณภาพ คลิกดูรายละเอียด

มาตัวอย่างสุดท้ายกันนะครับ ที่จะนำมาเปรียบเทียบ คือหน้ากากผ้า ที่ช่วงเกิดCovid19 และ
มีการขาดแคลนหน้ากาก จะเห็นได้ทั่วๆไปมีการนำผ้ามาเย็บ 2ชั้นบ้าง 3ชั้นบ้าง เพื่อนำมาใช้
ทดแทน หน้ากากอนามัย หน้ากากN95 กัน เราจะมาดูโครงสร้างเส้นใย การทอ การเรียงตัว
เส้นใยผ้าหน้ากากแบบนี้กันครับ

ตามภาพล่างคือตัวอย่างหน้ากากผ้าด้านนอก

ตามภาพล่างคือตัวอย่างหน้ากากผ้าด้านใน สังเกตุได้ด้วยตาเรา ในเบื้องต้นจะใช้ผ้าคนละแบบ

ตามภาพล่าง เป็นภาพถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนไมโครสโคป SEM ที่กำลังขยาย
50x เท่า จะเห็นว่าลักษณะการทอการเรียงตัวของเส้นใยของหน้ากากด้านนอก

ตามภาพล่าง เป็นภาพถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนไมโครสโคป SEM ที่กำลังขยาย
50x เท่า จะเห็นว่าลักษณะการทอการเรียงตัวของเส้นใยของหน้ากากด้านใน ด้านในถ้าเทียบ
ด้านนอกกับด้านใน จะพบว่าการทอเส้นใยด้านในจะแน่นกว่า

ตามภาพล่าง เป็นภาพถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนไมโครสโคป SEM ที่กำลังขยาย
350x เท่า จะเห็นว่าลักษณะการทอการเรียงตัวของเส้นใยของหน้ากากด้านนอก

ตามภาพล่าง เป็นภาพถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนไมโครสโคป SEM ที่กำลังขยาย
350x เท่า จะเห็นว่าลักษณะการทอการเรียงตัวของเส้นใยของหน้ากากด้านใน จะพบว่าตาม
เส้นใยจะไม่มีเม็ดๆสีขาวเกาะแบบเด่นชัดมาก

เรามาวิเคราะห์ธาตุหน้ากากอนามัยด้วย EDS ด้านเชิงปริมาณ เชิงคุณภาพกันต่อนะครับ
บทความวิเคราะห์ธาตุเชิงปริมาณ เชิงคุณภาพคลิก
วิเคราะห์เชิงปริมาณจะได้ค่า ตามค่าด้านล่าง ดูค่าที่ช่อง Element Wt%นะครับ เราจะได้ค่า
Cคาร์บอน 57.06% Oออกซิเจน 42.84%  และTi ไททาเนียมอีก 0.10% เป็นการวิเคราะห์ที่
กำลังขยาย 50เท่า ตัวอย่างนี้จะไม่มี Mg แมกนีเซียม Pฟอสฟอรัส Si ซิลิกอน และ Ca แคล
เซียม จากตัวอย่างก่อนหน้า ตัวอย่างนี้ผมจะไม่ได้ทำการกระจายตัว Mapping นะครับ

สรุปทั้งสามตัวอย่างที่เรามาวิเคราะห์ดูทางกายภาพ จะพบว่าตัวอย่างหน้ากากอนามัย กับ
ตัวอย่างหน้ากาก N95 การเรียงตัวของเส้นใยจะคล้ายกันกับ 2 ตัวอย่างนี้ จะแตกต่างกับตัว
อย่างหน้ากากผ้าอย่างมาก คือหน้ากากผ้าจะเรียงตัวจะเรียงตัวแน่นกว่า ช่องว่างแทบจะ
มองไม่เห็นเมื่อเทียบกับ 2 ตัวอย่างแรก ขนาดเส้นใยของหน้ากากผ้าจะมีขนาดเล็กสุด รองลง
มาจะเป็นหน้ากากN95 เส้นใยใหญ่สุดจะเป็นหน้ากากอนามัยครับ ตามภาพล่าง

ด้านเชิงคุณภาพของหน้ากากทั้งสาม ตามกราฟด้านล่างเมื่อนำมาเทียบกัน เส้นใยไนล่อนทั่วๆ
ไปหากวิเคราะห์ด้วย EDS จะมี C คาร์บอน และ O ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบหลัก ตามกราฟ
ในส่วนหน้ากากอนามัย และ N95 จะมีองค์ประกอบธาตุอื่นๆเจือมา เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพใน
การกักเชื้อโรค ดูดความชื้น ฆ่าเชื้อ ซึ่งจะไม่พบในหน้ากากผ้าแต่หน้ากากผ้าก็จะมีข้อดีกว่า 2
หน้ากากแรก คือลักษณะเส้นใยเรียงตัวกันอย่างหนาแน่น จำนวนเส้นใยเยอะ จะกักฝุ่นได้ค่อน
ข้างดีกว่า หน้ากากผ้าการทำต้นทุนก็จะแพงกว่าด้วยครับ แต่ด้วยที่เราหาวัตถุดิบได้ง่าย เราทำ
ด้วยตัวเองได้ จึงทำให้เรารู้สึกว่าไม่แพงครับ อีกอย่างยามที่หน้ากากแพงและหาอยากช่วงนี้
ทำหน้ากากผ้าไว้ใช้ ใช้ได้ดีเลยทีเดียวครับ เมื่อเทียบกับหน้ากากอีก2แบบที่ทำด้วยเครื่อง
จักรเกือบ100%

การวัดขนาดของเส้นใยของหน้ากากทั้งสามแบบ
แบบแรกหน้ากากอนามัย มีขนาดเส้นใยมี่ขนาด 25-32 ไมครอน (um =ไมโครเมตร)
ระยะห่างระหว่างเส้นใย 80-150ไมครอน (um =ไมโครเมตร)
แบบสองน้ากาก N95 มีขนาดเส้นใยมี่ขนาด 16-18 ไมครอน (um =ไมโครเมตร)
ระยะห่างระหว่างเส้นใย 80-130 ไมครอน (um =ไมโครเมตร)
แบบสามหน้ากากผ้า มีขนาดเส้นใยมี่ขนาด 6-13 ไมครอน (um =ไมโครเมตร)
ระยะห่างระหว่างเส้นใย 10-15 ไมครอน (um =ไมโครเมตร)

ช่วงวิกฤตเช่นนี้ผู้เขียนขอให้ชาวไทย ชาวโลกทุกคนสามารถผ่าฟันวิกฤต Covid-19 และ
PM2.5 ไปได้ด้วยดี อยู่บ้าน หยุดเชื้อ เพื่อครอบครัว ผู้เขียนรู้ว่ามันมีความยากลำบาก
มากมายไม่ว่าสภาพจิตใจ สภาพทางการเงิน การอยู่การกินลำบากไปหมด สภาพคล่อง
หายไป รายได้ไม่มี เงินเก็บไม่มี ที่กล่าวมาทั้งหมดผู้เขียนกำลังประสบเช่นกัน และผมหวัง
ว่าเดือนหน้า เราคงจะเห็นและหวังว่าวิกฤตจะผ่านพ้นไป ให้กำลังใจทุกท่านทุกคนครับ สู้ๆ
และปลอดภัยจากไวรัสCovid-19 ครับ

ขอขอบคุณมากๆ เพื่อนยอดชาย กฤตนัย EEC24 ที่มอบหน้ากาก N95 ให้เพื่อการเขียน
บทความครั้งนี้ด้วยนะครับ