सगळ्यांनी ऐकले असेल की N95 मास्क हा 0.3 मायक्रोन साईजच्या पार्टिकल्सला 95% फिल्टर करतो.
यावरून तुमच्याही मनात असे प्रश्न आले आहेत का?
1) मास्कची क्षमता सांगताना असे 0.3 मायक्रोन हाच अंक का सांगतात? 1 मायक्रोन किंवा किमान 0.1 मायक्रोन का नाही?
2) व्हायरस साईज तर 100nm म्हणजे 0.1 मायक्रोन किंवा त्याहून कमी असते, आणि N95 तर त्याहून तिप्पट मोठ्या म्हणजे 0.3 मायक्रोन साईजच्या पार्टिकल्सला 95% रोखतो, मग करोना किंवा कोणताही व्हायरस N95 वापरून कसा काय रोखता येऊ शकेल?
याचे उत्तर हे आहे की N95 हा 0.3 मायक्रोनपेक्षा मोठ्या पार्टीकल्स किंवा व्हायरसला 100 टक्के फिल्टर करतोच, पण तो 0.3 मायक्रोनपेक्षा खूप छोट्या असलेल्या पार्टीकल्सना सुद्धा 100 टक्के फिल्टर करतो.
मला माहीत आहे की कोणताही फिल्टर जो 0.3 मायक्रोन साईजच्या कणांना 95 टक्केच फिल्टर करतो तो त्याहून कमी साईजच्या पार्टीकल्सना 100 टक्के कसाकाय फिल्टर करेल हा प्रश्न तुम्हाला पडला असेल. ते जाणण्यासाठी आपल्याला हे फिल्टर्स नेमके कसे काम करतात ते जाणून घ्यावे लागेल.
तर फिल्टर्स नेमके कसे काम करतात आणि 0.3 मायक्रोनपेक्षा कमी साईजचे पार्टीकलही कसे काय 100% फिल्टर होतात याचे वैज्ञानिक स्पष्टीकरण पुढीलप्रमाणे आहे.
हे जे मी पार्टीकल्स फिल्टरेशनचे तंत्र आणि तत्व सांगणार आहे ते फक्त मल्टीलेयर फायबर्स असलेल्या फिल्टर्स साठी लागू पडते. म्हणजे असे फिल्टर्स ज्यात हजारो मायक्रो-फायबर्स आडवेतिडवे एकमेकांत गुंफलेले असतात. मागे एका मोठ्या नेत्याने म्हंटले होते की मी रस्ते हेमा मालिनीच्या गालांसारखे गुळगुळीत बनवेल. पण प्रत्यक्षात ते रस्ते होते ओम पुरीच्या गालांसारखे. तसेच बाहेरून या फायबर्स वाल्या फिल्टर्स किंवा मास्कचा सरफेस गालांसारखा प्लेन दिसत असला तरी मायक्रोस्कोप खाली बघितल्यावर ते अस्ताव्यस्त पडलेल्या धाग्यांसारखे दिसतात. म्हणजे असे फिल्टर्स हे आडव्या उभ्या तिरक्या अशा कुठल्याही प्रकारे गुंफलेल्या फायबर्सचे म्हणजेच धाग्यांचे जाळे असते. उदाहरणार्थ हेपा फिल्टर्स (हेमा नाही हेपा; HEPA म्हणजे High Efficiency Particulate Air Filters). (हे असे फिल्टर्स किंवा मास्क मायक्रोस्कोपखाली कसे दिसतात यासाठी खालील फोटो नं 1 पहा)
या HEPA सारख्या फिल्टर्समध्ये पार्टीकल फिल्टरेशन करण्यासाठी वेगवेगळे मेकॅनिजम असतात. म्हणजे फिल्टरवर बाहेरून येणारा कोणताही पार्टीकल हा ज्या तंत्राने अडवला जातो ते तंत्र म्हणजे त्याचे मेकॅनिजम होय. वेगवेगळ्या आकाराचे वेगवेगळे पार्टीकल हे या एकाच फिल्टरवर वेगवेगळ्या मेकॅनिजमने अडवले म्हणजेच फिल्टर केले जातात. हे पार्टीकल किंवा व्हायरसकण फिल्टर करण्याचे मेकॅनिजम समजून घेण्याआधी एक उदाहरण पाहू. यात जे इम्पॅक्शन, इंटरसेप्शन आणि डिफ्युजन हे शब्द मी वापरणार आहे ते फक्त लक्षात ठेवा. त्यांचे स्पष्टीकरण पुढे देईलच.
तर उदाहरणार्थ एखाद्या मॉलमध्ये किंवा मोठ्या दुकानात जाणारे ग्राहक यांना आपण पार्टीकल समजू, दुकान हे मास्क किंवा फिल्टर समजू आणि दुकानातील वेगवेगळे काउंटरवर हे या ग्राहकांना ट्रॅप करणारे मेकॅनीजम आहेत असे मानू. आपल्या सोयीसाठी खूप बीजी असलेले ग्राहक यांना आपण "मोठे" ग्राहक म्हणू, थोडे कमी बीजी असलेले ग्राहक यांना आपण "कमी मोठे किंवा मध्यम" ग्राहक म्हणू, आणि अजिबात बीजी नसलेले ग्राहक यांना आपण "छोटे" ग्राहक म्हणू.
तर काही लोक हे दुकानात गेले की धडक त्याच काउंटरवर जातात जे सामान त्यांना घ्यायचे असते. तिथल्या काउंटरला आपण इम्पॅक्शन म्हणू. हे बीजी म्हणजेच "मोठे" ग्राहक असतात. तर असे लोक या इम्पॅक्शनवर जातात आणि थेट हवी ती वस्तू विकत घेतात. उगीच इकडे तिकडे डोकावणे नाही की नसत्या चौकशा नाहीत. या मोठ्या बीजी ग्राहकांचे असे थेट एका काउंटरवर जाऊन धडकणे आणि तिथे ट्रॅप होणे म्हणजे तिथली वस्तू घेणे हे झाले इम्पॅक्शन.
काहीजण मनात एक वस्तू घ्यायची ठरवून दुकानात शिरतात, पण लगेच हवी ती वस्तू घेत नाहीत, कारण थेट तीच वस्तू मागितली की दुकानदार जास्त किंमत सांगतो अशी त्यांची समजूत असते. त्यापेक्षा दुसरी वस्तू घ्यायची आहे असे भासवून आपल्याला हवी ती वस्तू पसंत नाही पण उगीच इंटरेस्ट आहे म्हणून विचारतोय असे दाखवून दुकानदार फसेल आणि तिची खरी किंमत सांगेल, मग आपण ती लगेच घेऊ अशी चलाखी हे लोक करतात. हे लोक फारच जास्त बीजी नसतात आणि वेळ काढून खरेदीला आलेले असतात. असे थेट हवे त्या काउंटरवर न धडकता चतुरपणे इन्डायरेक्टली खरेदी करून ट्रॅप होणारे "मध्यम मोठे" ग्राहक लोक म्हणजेच इंटरसेप्शनने ट्रॅप झालेले लोक होत.
तिसऱ्या प्रकारचे लोक सगळ्यात डेंजर असतात. हे अजिबात बीजी नसलेले म्हणजे "छोटे" ग्राहक होत. त्यांना स्पेसिफिकली ठरवून काहीच घ्यायचे नसते. नुसती एसीची हवा घ्यायची आणि वेगवेगळ्या दुकानांत होईल तितका टाईमपास करीत भटकायचे हे यांचे काम. हे लोक एका काउंटरवरून दुसऱ्या काउंटरवर उगीच रँडम भटकत राहतात. जे घ्यायचे नाही असा वस्तूंबद्दलही बिनकामी चौकशा करतात. असे लोक सहज कोणत्याही काउंटरवर थेट ट्रॅप होत नाहीत. पण अनेक काउंटर्सपैकी एखाद्या काउंटरवर मात्र त्यांना एखादा खाष्ट विक्रेता भेटतोच. तो खाष्ट विक्रेता थेट "ए भाई लेना है तो ही दिखाता हूं वर्ना खाली फुकट मेरा टाइम खोटी मत कर" असे सुनावतो. किंवा "ये महंगा है आप नही लेंगे, आपको दुसरा सादे मे सस्ता दिखाऊ?" असे खिजवतो. आणि मग आपला नुसताच रँडम उंडारणारा "छोटा" ग्राहकही अशा खाष्ट विक्रेत्यापुढे ट्रॅप होतो आणि लाजेकाजे काहीतरी वस्तू खरेदी करतो. या अशा ट्रॅप होण्याला आपण म्हणूयात डिफ्युजन.
याव्यतिरिक्त चौथ्या प्रकारचे लोक असतात, जे नुसतेच मॉलमध्ये एसीची हवा खायला आणि गर्दीतले छान छान चेहरे पहायला व एलेव्हेटरवरून वरखाली जाण्याची गंमतगाडी खेळायला आलेले असतात. अशा लोकांना ट्रॅप करणे म्हणजे खरेदी करायला लावणे हे खूप अवघड असते. यांना आपण "कजाग" ग्राहक म्हणू. जो दुकानदार यांना माल विकू शकला तो खरा श्रेष्ठ दुकानदार होय.
आता या उदाहरणात सांगितलेल्या सर्व ट्रॅप होण्याच्या मेकॅनिजम्सचे स्पष्टीकरण पुढीलप्रमाणे आहे. मास्क किंवा फिल्टरवर कोणतेही पार्टिकल्स यापैकी कोणत्या ना कोणत्या मेकॅनिजमनेच ट्रॅप होतात.
1) इम्पॅक्शन किंवा धडक- म्हणजे फिल्टरमधून हवा आत ओढल्यावर बाहेरचा पार्टीकल जाऊन थेट फिल्टरच्या कोणत्या ना कोणत्या फायबर्सवर धडकतो आणि तिथे अडकून राहतो. जेवढी बाहेरून येणाऱ्या पार्टीकलची साईज "मोठी" असेल, तेवढा तो पार्टीकल फिल्टरच्या आडव्या तिडव्या हजारो धाग्यांपैकी कोणत्या ना कोणत्या धाग्यावर धडकून अडकण्याची शक्यता जास्त असते. काही पार्टीकल जास्त मोठे असतील तर ते फिल्टरच्या बाहेरच्या धाग्यांवरच धडकून अडकतील. आणि बाकीचे जरी बाहेरच्या धाग्यांतून सुटले तरी ते आतल्या कुठल्या तरी लेयरमधील धाग्यावर धडकून अडकतीलच. पार्टिकलची साईज जेवढी मोठी तेवढा तो सहजपणे इम्पॅक्ट होऊन फिल्टरमध्ये अडकतो.
2) इंटरसेप्शन किंवा अवरोध- म्हणजे आधीच फिल्टरवर अडकून राहीलेल्या पार्टीकलला धडकून दुसऱ्या पार्टीकलचे अडकणे. किंवा फिल्टरमधील फायबरला थेट मधोमध न धडकता त्याच्या बाहेरच्या कडेला स्पर्शून अडकणे. या मेकॅनिजममुळे "मध्यम मोठे" पार्टीकल फिल्टरवर अडकून राहतात. आणि याही मेकॅनिजममध्ये इम्पॅक्शन प्रमाणेच पार्टीकलची साईज जशी जशी मोठी होईल तशी तशी पार्टीकल फायबरवर अडकण्याची शक्यता वाढत जाते.
3) डिफ्युजन: हे सर्वात महत्वाचे मेकॅनिजम आहे. डिफ्युजन म्हणजे जास्त काँसंट्रेशन कडून कमी काँसंट्रेशन कडे मूव्हमेंट होणे. पण फिल्ट्रेशन मध्ये असा शब्दशः एवढाच अर्थ अंतर्भूत नाही. तर जेव्हा अनेक फायबर्सच्या मधल्या पोकळीत पार्टीकल येतो तेव्हा तो ब्राऊनियन मोशनमध्ये म्हणजेच सगळ्या दिशांना रँडम मोशनमध्ये फिरतो. आणि असे रँडम कुठल्याही दिशेला फिरताना मग तो या फायबर्स मधल्या पोकळीतून थोडा बाहेर सरकला की आजूबाजूच्या हजारो फायबर्स पैकी कोणत्या ना कोणत्या फायबरला धडकतोच आणि तिथेच ट्रॅप होतो. पण हे फक्त "छोट्या" पार्टीकल्सच्या बाबतीतच होते. मोठे पार्टीकल त्यांच्या मोठ्या साइजमुळे ब्राऊनियन मोशन फॉलो करू शकत नाहीत, त्यामुळे मोठे पार्टीकल या मेकॅनिजमने अजिबात ट्रॅप होत नाहीत. पार्टीकल जितका कमी साईजचा असेल तितका तो हवेत जास्त प्रमाणात इकडे तिकडे उडत राहील म्हणजेच जास्त ब्राऊनियन मोशन फॉलो करेल आणि जितका जास्त ब्राऊनियन मोशन फॉलो करेल तितका जास्त तो फायबरवर अडकण्याची शक्यता वाढेल. बाजूला हजारो फायबर्स असल्याने असा रँडम भटकणारा पार्टीकल त्यातील कोणत्या ना कोणत्या फायबरवर अडकतोच अडकतो. म्हणजेच पार्टीकलची साईज जितकी कमी असेल तितकी त्याची डिफ्युजन मेकॅनिजमने ट्रॅप होण्याची शक्यता जास्त वाढेल. म्हणजे असे की 0.1 मायक्रोन पार्टीकल पेक्षा 0.01 मायक्रोन साईजचे पार्टीकल हे डिफ्युजनने जास्त प्रमाणात ट्रॅप होतात.
4) या तीन मुख्य मेकॅनिजम व्यतिरिक्त ग्राविटेशनल सेटलींग, इलेक्ट्रोस्टॅटिक attraction हे एडिशनल मेकॅनिजम सुद्धा पार्टीकल्सना ट्रॅप करतात. हे थोडे कमी महत्वाचे मेकॅनिजम आहेत, त्यामुळे फक्त आपण मुख्य तीन मेकॅनिजम वरच लक्ष देऊ.
वर फोटो 1 च्या आकृतीत जे फायबर्सचे जाळे दिसते त्यातील एका फायबरला घेऊन त्यावर वरील मेकॅनिजम नेमके कसे काम करतात ते खालील आकृतीत दाखवले आहे. जेव्हा आपण श्वास घेतो तेव्हा बाहेरची हवा मास्कच्या अनेक फायबर्स मधून आत ओढली जाते. याच हवेत मास्कमधून फिल्टर होण्याच्या आधी व्हायरस किंवा इतर पार्टिकल्स असतात. खालील आकृतीत निळ्या बाणाने हवेची फायबरपासून आत जातानाची दिशा दाखवली आहे. फायबर हा राखाडी रंगाने आणि आपला पार्टीकल किंवा व्हायरस हा करड्या रंगात दाखवला आहे. वर सांगितलेल्या चारही मेकॅनिजम्सचे हे चित्ररूपातील सादरीकरण आहे. एक लक्षात ठेवा, हवा ही फिल्टरच्या फायबर्समधून आरपार जात नाही तर अनेक फायबर्सच्या मध्ये
जो गॅप असतो त्यातून जात असते. म्हणून खालील आकृतीत फायबरजवळून जाताना हवेची दिशा ही फायबरच्या आरपार जाणारी न दाखवता त्याच्याजवळ आल्यावर बाजूने वळून गेलेली दाखवली आहे.
फायनल फिल्ट्रेशन हे या सर्व मेकॅनिजमचा एकत्रित प्रभाव होऊन मग साध्य होते.
थोडक्यात असे की मोठे पार्टीकल हे इम्पॅक्शन आणि इंटरसेप्शनने ट्रॅप होतात तर पार्टीकल जितके छोटे असतील तितके ते डिफ्युजनमुळे अधिक ट्रॅप होतात. या सर्व मेकॅनिजमला एकत्रितपणे 'पार्टीकल साईज' विरुद्ध 'ट्रॅप करण्याची इफिशीयंसी' असे प्लॉट केले तर खालील आकृतीत दाखविल्याप्रमाणे रिझल्ट मिळतो.
या आकृतीत स्पष्ट दिसते की डिफ्युजनमुळे ट्रॅप होण्याची क्षमता छोट्या पार्टीकल्समध्ये 100 टक्के असते, मात्र जशी जशी x ऍक्सिस वर पार्टीकलची साईज मोठी होत जाते तशी त्या मोठ्या पार्टीकल्सची डिफ्युजनने ट्रॅप होण्याची इफिशीयंसी ही कमी कमी होऊन 10 मायक्रोन साईजच्या पुढे ती शून्य होऊन जाते. नेमके याच्या उलट इम्पॅक्शनने ट्रॅप होण्याची क्षमता 0.5 मायक्रॉनपेक्षा छोट्या पार्टिकल्सची शून्य असते आणि जसे जसे पार्टीकल मोठे होत जातात तसे त्यांची ट्रॅप होण्याची क्षमता 100 टक्के होते. असेच इंटरसेप्शनने देखील घडते.
आता खालील आकृती पहा.
या आकृतीत सगळ्या मेकॅनिजमचा एकत्रित प्रभाव दाखवला आहे. यात आपण स्पष्ट बघू शकतो की मोस्ट पेनिट्रेटिन्ग पार्टीकल साईज म्हणून जी जागा दाखवली आहे तिथे पार्टीकल ट्रॅप होण्याची इफिशियंसी ही सर्वात कमी असते. या साईजपेक्षा कमी साईजच्या पार्टिकल्ससाठी फिल्टरची इफिशियंसी जास्त असते आणि या पॉईंटपेक्षा मोठ्या साईजच्या पार्टीकलसाठीही ट्रॅप करण्याची इफिशियंसी जास्त असते. फिल्टरवर या साईजपेक्षा छोटे पार्टीकल डिफ्युजनमुळे ट्रॅप होतात तर याहून मोठे पार्टीकल इम्पॅक्शन आणि इंटरसेप्शनमुळे ट्रॅप होतात. ही जी मोस्ट पेनिट्रेटिन्ग पार्टीकल साईज आहे जिथे इफिशियंसी सगळ्यात कमी आहे ती साईज असते 0.3 मायक्रोन. थोडक्यात काय तर 0.3 मायक्रोन साईजचे पार्टीकल इतकेही छोटे नसतात की डिफ्युजनमुळे पूर्णपणे ट्रॅप होतील, आणि ते इतकेही मोठे नसतात की इम्पॅक्शन वा इंटरसेप्शनमुळे पूर्णपणे ट्रॅप होतील. म्हणून कोणताही फिल्टर हा 0.3 मायक्रोनसाठीच सगळ्यात कमी इफिशियंसी देतो. आणि म्हणूनच कोणत्याही फिल्टरची इफिशियंसी सांगताना ती 0.3 मायक्रोन याच साईजसाठी सांगितली जाते. म्हणजेच 0.3 मायक्रोन इतक्या साईजचे पार्टीकल जर 95% ट्रॅप होत असतील तर त्याचा अर्थ हा की त्याहून कमी साईजच्या आणि त्याहून मोठ्या साईजच्या पार्टीकल्ससाठी ही ट्रॅप करण्याची इफिशियंसी अर्थातच 95% पेक्षा जास्त असते. हेपा फिल्टर जे सर्वोत्तम फिल्टर्स समजले जातात त्यांच्यामध्ये 0.3 मायक्रोन साठीची इफिशियंसी ही 99.97% असते, म्हणजेच 0.3 मायक्रोनहून छोट्या वा मोठ्या पार्टीकलसाठी हेपाची फिल्टरेशन इफिशियंसी ही 100 टक्के असते. वर उदाहरणात सांगितलेले कुठेही खरेदी न करणारे "कजाग" ग्राहक म्हणजे हेच 0.3 मायक्रोनचे पार्टिकल्स होत. किंबहुना 'तीन तिघाडा काम बिघाडा' ही म्हण 0.3 मायक्रोनसाठीच बनली असावी असे वाटते.
थोडक्यात काय तर वेगवेगळ्या साईजचे किती पार्टीकल ट्रॅप किंवा फिल्टर होतील याचे साईजनुसार असणारे प्रमाण हे मुख्यत्वे त्या फिल्टर मटेरियलवर नाही तर पार्टीकलच्याच साईजवर अवलंबून असते. फिल्टर किंवा मास्क चांगला असो की खराब, तो नेहमी 0.3 मायक्रोनसाठीच सर्वात कमी इफिशियंसी देतो आणि त्याहून छोट्या व मोठ्या साईजच्या पार्टिकल्ससाठी जास्त इफिशियंसी देतो. म्हणजे जर मास्क किंवा फिल्टर खराब असेल तर तो 0.3 मायक्रोन पार्टिकल्स साठी समजा 10 टक्के इफिशियंसी देईल आणि त्याहून छोट्या वा मोठ्या पार्टिकल्स साठी 10 टक्के पेक्षा जास्त इफिशियंसी देईल. तसेच मास्क जर N95 सारखा चांगला असेल तर तो 0.3 मायक्रोनसाठी 95% इफिशियंसी देतो आणि त्याहून छोट्या वा मोठ्या पार्टिकल्ससाठी 95% पेक्षाही जास्त इफिशियंसी देतो. म्हणजेच 0.3 मायक्रोनसाठी ज्या मास्कची इफिशियंसी जास्त असेल तो मास्क चांगला आणि ज्या मास्कची इफिशियंसी 0.3 मायक्रोनसाठी कमी असेल तो मास्क खराब. कोणताही फायबरने बनलेला असलेल्या मटेरियलचा मास्क हा 0.3 मायक्रोनसाठीच सगळ्यात कमी इफिशियंसी देतो. N95 देखील पॉलीप्रोपिलीन फायबर्सचा बनलेला असतो त्यामुळे त्यालाही हे लागू होते. सर्जिकल मास्क सुद्धा असाच असतो मात्र तो खूप पातळ असल्याने त्याची डिफ्युजनने ट्रॅप करण्याची आणि म्हणूनच 0.3 मायक्रोन पार्टिकल्ससाठीची इफिशियंसी कमी असते. त्यामुळे तो N95 इतका प्रभावी नसतो.
थोडक्यात काय तर N95 मास्क हा 0.3 मायक्रोनपेक्षा फक्त मोठ्याच नव्हे तर कमी साईजच्या पार्टीकल्ससाठीही खूप उपयोगाचा आहे हे कळले असेल अशी अपेक्षा करतो.
नोट: हे मेकॅनिजम फक्त फायबरने बनलेल्या फिल्टर्सला लागू होतात. फायबर्स नसलेल्या सेल्युलोज किंवा इतर मेटल वा प्लास्टीक फिल्टर्समध्ये मात्र मिनिमम पोअर साईजपेक्षा कमी साईजचे पार्टीकल ट्रॅप होत नाहीत. कारण तिथे हजारो फायबर्सचे जाळे नसल्याने डिफ्युजन काम करत नाही.
तसेच कॉटन (सुती) किंवा रेशीम कापड जर ६०० TPI (threads per inch) चे असेल, म्हणजे एक स्क्वेअर इंच कापडात ३०० आडवे आणि ३०० उभे धागे असतील तर अशा प्युअर कॉटनच्या सुती कापडाचे किंवा रेशीम कापडाचे तीन लेयरचे मास्कसुद्धा चांगली इफिशियंसी देतात.