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化學災害的幕後英雄:化學技術特工出動!(下)

行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
・2017/12/12 ・2100字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 583 ・九年級

本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局委託,泛科學企劃執行

文/採訪編輯趙軒翎

編按:在化學災害的幕後英雄:化學技術特工出動!(上)我們介紹了台灣目前有哪些化學技術特工,本文則是要分享這些特工們的工作情況,讓大家更了解化學災害。

救災行動「對」比「快」更重要

最近發生一個慘痛的案例,一處電子工廠發生大火,消防人員在不知道廠內有硫酸的狀況下進入救火,不幸被強酸蒸氣滴到造成 11 位人員受傷。為了避免這樣的遺憾再次發生,化學救災該抱持著「『對』比『快』更重要」的精神,縱使在緊急的救災現場仍得耐心花時間確認現場的化學物質及洩漏或燃燒的狀況,或者透過後勤支援團隊從既有資料庫中盡可能掌握廠房或槽車的內容物與數量。

這些情報幫助現場人員在救災的時候能保護自己,例如遇上腐蝕性物質得戴防護面罩、要先噴水還是噴泡沫?也是考量是否需要疏散附近人員的依據。就像電影中的特務在出任務前會先弄清楚目標地點的內外結構、出入口、警衛部署,以及目標對象的外貌、習慣與危險性等資料。先瞭解對手再出招,才不會傻傻拿錯武器反而誤傷自己,或造成更大的災害。

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工廠大火示意圖。圖/pixabay

沒有標準答案的訓練方式

「我們很難遇到一模一樣的事故。」諮詢中心化災應變研究室專案經理陳新友說,因此每一次的事故都是一個新的挑戰。他分享在 2009 年時,曾有一個液化石油氣槽車在國道翻覆的案例。20 噸的槽體翻落到國道的邊坡,讓整個救災行動的難度倍增。除了技術人員要克服環境的障礙去安裝移槽設備,吊車也遇到許多困難:因為掉落的槽體已經離道路有一段距離,當吊車伸出吊臂的長度越長,所能承受的最大重量就會越小。「當時調來了三、四台吊車都沒有辦法順利吊起槽體,後來直接從台中港調來一台可以一次吊 100 噸的吊車過來,才解決這次的危機。」陳新友說,每一次事件的發生,對他們來說都是一次全新的危機處理,讓他們更瞭解團隊在設備和訓練上的不足。

為了加強災害應變的能力,2017 年 9 月環保署化學局打造了兩台移動式的仿真模組車輛,可以模擬高壓槽車翻覆後扶正、吊掛的訓練過程。除此之外也有各種的訓練容器,包括常用來包裝化學物質的鋼瓶、加侖桶等,都有設計各種不同的破裂方式和壓力模式來做為教學訓練之用。

圖/技術小組示範穿著 A 級防護衣、手持偵檢儀器,進入仿真模組訓練車中。

「預防」才是抵達安全的最佳途徑

然而救災也不只是消防隊或是這些化學技術特工們的責任,在運作及使用這些化學物品及設備的廠商,也是防範化學災害的其中一個重要環節。「最好的狀況是我們的技術小組都不用出勤!」化學局環境技術師劉建良這麼說,如果運作的廠商如果平時能做好管理並具備一定的應變能量,在災害釀成前及時控制,這才是理想的災害控制方式。

鑑於政府資源有限,未來將以使用者付費的概念,要求業者廠商盡到本身的責任,並在平時透過直接到現場輔導廠商的方式,讓這些運作業者能夠在安全的條件下使用化學物質,做好防範措施及相關管理,要求他們具備處理災害的能力。而且這絕不是讓廠商假裝一下、演個戲就好,既然化學局特地打造了兩台移動式仿真模組車輛,未來的無預警測試可就會直接把仿真模組車開到工廠或是模擬槽車翻覆,請廠商實際演練,一點都沒辦法馬虎,因為技術人員就站在旁邊打分數!

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仿真模組訓練車內配置多種常見裝載化學品或氣體的容器,可隨時隨地提供應變人員進行毒化災事故模擬訓練。圖 / 作者提供

不只政府把關 企業聯防力量大

不過化學槽車的移動過程中,若是移動距離較長 —— 例如從高雄的工廠運往桃園,原本的工廠即使有心也很難在事故發生的時候即時救援。因此得透過上中下游的廠商或是運輸同業間相互幫忙,形成企業聯防組織共同面對可能發生的災害。化學局危害控制組科長盧家惠表示,目前全國已經有103 個企業聯防組織,她也觀察到一個現象,在運輸業者形成大大小小聯防組織的過程中,有一些應變能力相對較弱的業者也透過這個過程被淘汰,或是願意去加購、升級自己的設備和應變能力。

透過化學災害應變體系的建置,當事故發生時我們確實有一群「化學技術特工」可以運用他們豐富的經驗和知識來幫助我們處理化學物質可能帶來的危害。但是最希望的還是可以在災害發生前就妥善輔導所有使用化學物質的單位,幫助他們好好與化學物質相處,沒有災害發生,特工們也就不用出動了!

仿真模組車輛內配置亦配置多種止漏設備,可反覆提供應變操作訓練所需,亦可以作為無預警測試使用。圖 / 作者提供
仿真模組車輛配置應變人員遭遇的各種洩漏情況的仿真設備,圖為模擬管線受到撞擊產生形狀不一的破口,應變人員須學習依不同情況進行偵檢、止漏。圖 / 作者提供
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行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
52 篇文章 ・ 10 位粉絲
行政院環境保護署毒物及化學物質局,落實毒物及化學物質之源頭管理及勾稽查核,從源頭預防管控食安風險,追蹤有害化學物質,維護國民健康。 網站:https://www.tcsb.gov.tw/

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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摀住耳朵我不聽我不聽,結果就開始暈?──關於降噪耳機你想知道的事
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2021/03/12 ・2807字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

  • 文/雅文基金會聽力師 張晏銘 

絕大多數的人都曾有這樣的經驗,在吵雜的捷運車廂內戴起耳機,不自覺調大音量,讓自己全然沉浸在音樂/影片/Podcast/Clubhouse 的世界裡;又或是前一天晚上參加演唱會、派對,與朋友在 KTV 盡情高歌,隔天卻出現耳鳴、耳悶、聽不清楚,通常不用理會過個幾天就沒事了,但是真的⋯⋯沒事嗎?

神不知鬼不覺的噪音風險

根據世界衛生組織的研究報告指出,全球約有 11 億的青少年暴露在娛樂噪音當中而有聽力受損的風險[1]。長時間承受過大的音量會讓耳朵毛細胞受到損傷,產生「暫時性聽閾位移」(Temporary Threshold Shift,TTS),造成耳鳴、耳悶、聽不清楚。簡單來講,就是「暫時性的重聽,要比較大的音量才能聽得到」,而幾天過後,對於聲音的察覺靈敏度就會回來,又可以重新聽見小聲的聲音。 

乍看之下這似乎不是一個大問題,但隨醫療科技進步,從 2006 年開始便有學者發現,在噪音出現的當下神經便可能直接產生「神經毒性」,進而出現不可逆的傷害,即使隨著時間對聲音的敏銳度看似已經恢復如常,但對聽力早已造成潛在損害[2][3]

從物理學的角度來看,聲音是一種能量,它會傷害耳朵有三個原因:

  1. 音量大小
  2. 暴露時間的長短
  3. 距離聲音的遠近。

如果能控制暴露音量、時長及距離,便可將傷害的可能降低。

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被動式降噪抵抗高頻噪音

在過往從聽力「防護」的角度出發,一般耳鼻喉科醫生、聽力師或聽語相關專業人員,都會建議大家在挑選耳機時,宜優先挑選具有降低噪音功能的耳機,而耳機採用的降噪技術,一般會分為主動式降噪及被動式降噪。

被動式降噪(passive noise cancellation, PNC),又稱為物理性降噪。與其說是降噪,更貼切的說法是「抗噪」。因為這類型耳機的工作原理,是通過外在材料/器具,對我們的耳朵進行物理性的「隔音」而非消除噪音或降低噪音。一般來說就是透過高密度的耳罩或耳塞材料(如高密度海綿等)阻隔外噪環境,防止噪音進入耳朵。被動抗噪耳機可以有效阻隔能量較小、傳遞能力較差的高頻噪音,像是口哨聲、塑膠袋摩擦聲等。 

在耳機材料相同的情況下,可以遮住耳殼及耳道的耳罩式耳機的被動抗噪效果最好,其次是可以密合耳道的入耳式耳機;而貼耳式耳機則因密合度最差而效果最不理想[4][5]。 

圖示
耳機類別 耳罩式 入耳式 貼耳式 
抗噪能力 最佳 中等 最差 
圖說:在耳機材料相同的情況下,可以遮住耳殼及耳道的耳罩式耳機的被動抗噪效果最好,其次是可以密合耳道的入耳式耳機;而貼耳式耳機則因密合度最差而效果最不理想。
圖/VAudio

利用反向聲波的主動式降噪

主動式降噪(Active noise cancellation, ANC)與被動式降噪在原理上大不相同,它並非是把噪音「阻擋在外」,而是透過耳機麥克風分析外界持續性噪音(例如冷氣聲、捷運引擎聲等)後,運用內建晶片進行處理並產生一個與噪音相同但振幅卻完全相反(相位相反)的聲波來做抵銷(圖二)。當兩個信號大小完全相同卻處於反向(相位相反)時,便會產生完全破壞性干涉,使兩個信號相互抵消。此時聲波便不再產生,我們自然就聽不到噪音了[6]

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圖說:當兩個信號大小完全相同卻處於反向(相位相反)時,便會產生完全破壞性干涉,使兩個信號相互抵消。此時聲波便不再產生,我們自然就聽不到噪音了。圖/雅文基金會

 主動式降噪耳機的「副作用」?  

在網路上搜尋主動式降噪耳機的使用心得,有些使用者反應「配戴主動式降噪耳機後,會出現耳鳴、耳悶或頭暈的現象」,因此難免會有主動式降噪耳機會傷害聽力的疑慮,但事實上主動式降噪耳機最早是為了幫助飛行員降低「飛機引擎聲」造成的噪音傷害而研發的,因此從技術層面上來說,它本身並不具有危害性,甚至從另一個角度來說,它可以降低使用者因「噪音導致的身心健康問題」,那耳悶跟耳鳴又是怎麼產生的?

耳悶感 

很多人都有坐飛機的經驗,當飛機爬升時會有耳悶的感覺,這是因為耳內外壓力改變,中耳腔的鼓膜處緊繃狀態,同時緊繃的鼓膜也讓低頻聲音難以進入耳朵。主動式降噪耳機 主要在抵消低頻噪音,因此部分使用者的大腦可能會誤判現在是「壓力產生變化」,進而產生頭痛和耳悶感[7]

 耳鳴 

耳鳴產生的原因非常多,且好發於各年齡層,但由於多數人耳鳴狀況不嚴重,也並非 24 小時都會耳鳴,因此很難在一般生活情境下察覺耳鳴的狀況;然而,當我們戴上抗噪耳機、耳塞或在一個非常安靜的環境下,原本很小聲的耳鳴便容易被凸顯出來,導致使用者覺得耳鳴的狀況增加。 

 只有小孩才做選擇,享受和健康都兼顧

降噪耳機讓聆聽者能更清楚接收音樂,避免音量過度放大[8]。此外,聆聽的時間長度也十分重要;近年來有些耳機有所謂的「自動音量控制」系統,透過耳機本身或相對應的 App,來監控使用者的使用時間。一旦發現使用過久,便會進一步限制使用者可聆聽的音量,讓音量漸漸變小。

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不管是被動式抗噪、主動式降噪或音量時長控制,都可以有效幫助我們留意及監控使用習慣,因此在挑選耳機時,除了音質及蓄電量考量,我們也應該著重挑選具有上述功能的耳機,當然,若能上述三者兼具,那對耳朵能起到的防護作用自然會最大。 

  1. World Health Organization. (2020年3月1日). Deafness and hearing loss. 擷取自 World Health Organization: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/deafness-and-hearing-loss
  2. Fernandez, K. A., Jeffers, P. W., Lall, K., Liberman, M. C., & Kujawa, S. G. (2015). Aging after noise exposure: acceleration of cochlear synaptopathy in “recovered” ears. Journal of Neuroscience35(19), 7509-7520.
  3. Liberman, L. D., & Liberman, M. C. (2015). Dynamics of cochlear synaptopathy after acoustic overexposure. Journal of the Association for Research in Otolaryngology16(2), 205-219.
  4. Hodgetts, W. E., Rieger, J. M., & Szarko, R. A. (2007). The effects of listening environment and earphone style on preferred listening levels of normal hearing adults using an MP3 player. Ear and hearing, 28(3), 290-297.
  5. Kuo, S. M., Chen, Y. R., Chang, C. Y., & Lai, C. W. (2018). Development and evaluation of light-weight active noise cancellation earphones. Applied Sciences8(7), 1178.
  6. Harris, W. (2008). How Noise-canceling Headphones Work. How Stuff Works, https://electronics. howstuffworks. com/gadgets/audio-music/noise-canceling-headphone3. htm.
  7. Andy G.(2021年1月28日). Are Noise-Canceling Headphones Safe? 擷取自 HEADPHONESTY : https://www.headphonesty.com/2020/09/are-noise-canceling-headphones-safe/
  8. Liang, M., Zhao, F., French, D., & Zheng, Y. (2012). Characteristics of noise-canceling headphones to reduce the hearing hazard for MP3 users. The Journal of the Acoustical Society of America, 131(6), 4526-4534.
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雅文兒童聽語文教基金會_96
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雅文基金會提供聽損兒早期療育服務,近年來更致力分享親子教養資訊、推動聽損兒童融合教育,並普及聽力保健知識,期盼在家庭、學校和社會埋下良善的種子,替聽損者營造更加友善的環境。

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檢驗口罩不測阻擋病毒效率有搞錯些什麼嗎?關於醫用口罩規範的迷思
活躍星系核_96
・2020/10/07 ・3306字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 551 ・八年級

文 / 粒腺體、亞坦尼斯

近日社群上出現了違法進口中國製口罩,和台灣製口罩的送檢報告,引起了一番「 CNS14775 不是醫療級口罩的標準!」、「為什麼不測阻擋病毒的效率?」的論戰

BUT 這其中的觀點充滿了迷思,恐怕只會越吵越混亂。那麼,這些爭論中有那些迷思呢?

我們先把結果摘要在這裡:

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  • 迷思 1:「口罩應該測阻擋病毒的效率,而不是阻擋細菌的效率!?
  • 回應:
  1. 臺灣醫用口罩規範 (CNS14774) 中,對所有等級的醫用口罩都不用針對阻擋病毒的效率進行評估。為什麼呢?我們下一點說明。
  2. 因為病毒會附著在口水、飛沫上,所以實務上應該要量測阻擋該類型粒子的能力,而非病毒本體;所以口罩其實不需要測阻擋病毒的效率。
  • 迷思 2:「CNS14775 不是醫療級口罩的標準,CNS14774 才是?
  • 回應: CNS14774 是醫用口罩標準的總綱,等同於一篇文章的摘要,其中包含實驗方法、細項分類等。而 CNS14775 是其中一項實驗方法。換言之, CNS14774 是評斷醫用口罩的摘要、開場白; CNS14775 是教導廠商如何評斷醫用口罩的實驗方法; CNS14774、CNS14775 都可算是醫用口罩的標準文件。
引起論戰的兩張檢驗報告,據稱為違法從中國進口的口罩,和台灣製口罩的檢驗報告。

那到底醫用口罩的規範是什麼?明明也需要阻擋病毒的口罩為何不測病毒阻擋效率呢?除了過濾效率,你知道一片合格的口罩還需要注意哪些事嗎?看到這裡還沒離開相信你是很有耐心的智人,那就聽我們娓娓道來吧!

口罩檢驗怎麼做?

臺灣對於醫用口罩的規範說明文件是什麼?答案是 CNS14774(醫用面(口)罩 Medical face masks),其中提及合格的醫用面(口)罩,須通過:

  • 抗合成血液穿透性(阻擋血液噴濺,沾染到口、鼻腔等)
  • 細菌過濾效率(阻擋細菌等)
  • 次微米粒子防護效率 (阻擋比細菌更小的東西,如氣溶膠等)
  • 壓差(測量流體在口罩兩側的流通性;換言之,確保戴了口罩後,還能呼吸)
  • 防焰性
CNS14774(醫用面(口)罩 Medical face masks)內對各等級醫用口罩的標準。圖/經濟部標準檢驗局

當然,檢驗也不能亂做,經濟部標檢局也附了各項檢驗的操作 SOP ,如:細菌過濾效率須遵循 CNS14775 的步驟。

CNS14774(醫用面(口)罩 Medical face masks)內,對內容中提及的標準試驗法的延伸說明。圖/經濟部標準檢驗局

CNS14775 是醫用口罩的實驗方法之一,該文件將說明實驗該如何操作、使用什麼菌株、器材該如何架設等,以確保合格的廠商都用相同的實驗進行評估。

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CNS14775 (醫用面罩材料過濾效率試驗法)。圖/經濟部標準檢驗局

換言之,依台灣的標準 (CNS14774) ,合格的一般醫用面(口)罩,僅要求:

  • 細菌過濾效率
  • 壓差

若是更高等級的外科手術用(口)罩,還會加上阻擋血液噴濺等要求。

BUT,此時也許你的心中會有個小疑問——怎麼沒有阻擋病毒的評估呢?因為病毒的傳播,是靠口水噴濺的啊!

防細菌,不防病毒?

為什麼口罩的標準中,未撰明須檢測「阻擋病毒」的能力呢?生活場景中,我們臉上的口罩是直接擋住病毒、還是含有病毒的口水?

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其實就呼吸道疾病傳染的角度來看:幾乎都是透過帶有病毒的口水飛沫,噴濺到物品或健康人的身上,他們再觸摸口鼻而感染。

換言之,阻擋口水大小的顆粒,是較符合真實世界的需求。而2009年在美國就實際量測人體產生的飛沫顆粒發現,絕大多數的飛沫都大於1微米 (μm)(大於 4μm 佔 46% 、 1~4μm 佔 49% )[感染控制雜誌,2009]。

現行口罩的規範已足以抵禦透過飛沫傳染的疾病。圖/Pexels

而針對現在流行的冠狀病毒瘟疫 (COVID-19) 或過往的流行性感冒,科學界都普遍認可配戴口罩能阻擋口水飛沫的傳播 [Fennelly, K. P., 2020]。

換言之,不論從科學的推論,或是真實感染控制的層面裡,現行口罩的規範(主要針對微米 (μm) 等級的過濾能力)已足以抵禦透過飛沫傳染的疾病(現行的冠狀病毒瘟疫 (COVID-19) 或流行性感冒傳染);無須強調冠狀病毒的顆粒尺寸來要求口罩的規範。

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題外話,倘若要抵禦的是血/體液傳播的傳染病,如:伊波拉出血熱,那麼醫用口罩的規範可能要特別針對血液的防浸透能力了。

口罩只要注意過濾效率就好了嗎?

當然不是。

如果阻擋能力高到連呼吸都有困難,那擋住病毒前,不就悶死了嗎?

所以合格的醫用口罩,不是只看微生物的過濾效率,也要看透氣的能力!所以單就過濾效率來評斷某廠牌的口罩較佳或較差,證據上恐怕不足。

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一般而言,阻擋外物的效果越強,口罩兩側的壓力差距越大,口罩的通氣性也越差。如前述圖 (CNS14774) 的敘述中可看到,台灣標檢局對於「壓差」都有規範,其須維持在一定的範圍內,以確保口罩能阻擋外物之餘,使用者仍可正常呼吸。

數字的背後,科學的極限

回顧本次議題在輿論上的爭議,有人看到進口口罩的過濾率比國產口罩高,而認為更應該要買進口口罩;有人看到進口口罩的細菌過濾率較高,而質疑應該要檢驗病毒而非細菌。

經過上述研究與法規的整理回顧,我們認為這次送檢的兩份口罩,確實因進口口罩的過濾率較高,有可能帶來更好的防護效果,但兩則口罩的檢驗結果均符合我國國家標準CNS的要求,足以達到醫用口罩必須有的防護效果。

儘管如此,在此例中網友自發性的送檢口罩,仍須留意取樣偏差的問題。在工業製程上,生產線的可靠度,往往就是取決於良率高低與品質是否一致,若要判斷產線優劣,應基於具統計意義的隨機抽樣調查。

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自發性送檢口罩仍須注意取樣偏差的問題。圖/Pexels

因此縱然網友送檢的口罩有過濾率的高下之分,基於單一個案的檢驗結果的證據力,也遠不足以能推估到整體國家或公司生產口罩品質的優劣,而認定進口口罩的品質較好而值得購買。

然而網友自行送檢的結果,也並非毫不可取而無法採信。許多促成社會變遷的「公民科學」發展,常始於少數熱心公民自發性地發起科學研究、量測環境數值、自費檢驗有興趣的物品。

如美國1970年代起,民眾自發量測水質、送檢兒童玩具成分,而促成了美國環保署與食藥署的法規更迭與管制精進。若願意正面看待網友的送檢結果,這也是可以是個優化「口罩國家隊」的契機,畢竟「國家隊」的對手是病毒,舞台是世界。

當然,無論品質優劣,無論商業或科學,誠信是做人的基本而已。

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  1. 感染控制雜誌編輯部 (2009)。在高風險單位配戴外科口罩以控制流感病毒的傳播。感染控制雜誌 ; 19卷4期, P261 – 263
  2. 賴全裕。外科手術面罩相關標準與效能要求
  3. 國家標準 (CNS) 網路服務系統
  4. ASTM F2101-19, Standard Test Method for Evaluating the Bacterial Filtration Efficiency (BFE) of Medical Face Mask Materials, Using a Biological Aerosol of Staphylococcus aureus, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2019, www.astm.org
  5. Leung, N.H.L., Chu, D.K.W., Shiu, E.Y.C. et al. Respiratory virus shedding in exhaled breath and efficacy of face masks. Nat Med 26, 676–680 (2020).
  6. Jayaweera, M., Perera, H., Gunawardana, B., & Manatunge, J. (2020). Transmission of COVID-19 virus by droplets and aerosols: A critical review on the unresolved dichotomy. Environmental research188, 109819.
  7. Fennelly, K. P. (2020). Particle sizes of infectious aerosols: implications for infection control. The Lancet Respiratory Medicine.
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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia