李 恒

(南京航空航天大學 體育部,江蘇 南京 210016)

不同防曬材料的光譜分析對運動防曬措施的啟示

李 恒

(南京航空航天大學 體育部,江蘇 南京 210016)

通過光譜實驗分析傘布、白色T恤、防曬服以及防曬霜的防曬機理，探討對運動防曬的啟示。研究認為，深色傘布比淺色傘布吸收紫外線的能力要強；多層夾層和小孔的白色T恤能夠增加對光的吸收、散射和漫反射；防曬霜和防曬服主要功能是吸收紫外線。同時指出，利用靜態(tài)的材料做短時性的固定光的光譜分析，來闡述防曬可能會用到的措施和手段，從面對運動過程的復雜性來看還遠遠不夠，需要保持一個開放性和批判性的思維和視角，用相對精確的數(shù)據來說明一些運動防曬理性的問題。

防曬材料；光譜分析；運動防曬

現(xiàn)代社會的發(fā)展，越來越崇尚回歸自然，走向戶外，將身心釋放到一個更廣闊的空間里。隨之而來的是人們生活方式和身體活動形式的多樣化和趣味化。越來越多的人選擇戶外身體活動，追求身體活動樂趣，開展各項運動競賽，當他們在收獲身體體質健康水平趨好，體驗生活生存樂趣的同時，也產生了關于防曬的思考，在趨利避害的心理引導下，更多的防曬措施和方法得以嘗試，更多的防曬材料和用品層出不窮。本研究將通過解析防曬的機理，從衣物材料的選擇和防紫外線輻射方面，為戶外運動防曬提供更多的參考和選擇。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究選取遮陽傘布(背面為銀灰色)、白色體能訓練T恤布料、防曬霜[0.01 g涂在尺寸為2×2 cm的高透光的PET(0.188 mm)襯底上]和防曬服的投射、吸收和發(fā)射光譜進行分析。

1.2 研究方法

用檢測器測量實驗樣品的光譜進行分析研究。

三個檢測器：光電倍增管(PMT)、InGaA 和 PbS 檢測器，可以覆蓋從深紫外到近紅外的范圍，InGaAs 和 PbS 兩個檢測器使得在近紅外區(qū)的靈敏度極高。

實驗樣品的透射、吸收和反射光譜是在紫外-可見-近紅外分光光度計(UV-3600)測量，光譜范圍200～3 300 nm。

光源有氘燈和溴鎢燈(波長覆蓋200～2 000 nm)。

2 檢測結果

2.1 深色傘布比淺色傘布吸收紫外線的能力要強

遮陽傘多是銀膠布料，具有遮光、防輻射功能。

圖1 不同顏色遮陽傘的反射光譜圖

圖1是三種顏色的遮陽傘傘布彩色面的反射光譜。從散射光譜中可以看出：可見光區(qū)的反射帶對應我們看到的彩色遮陽傘的顏色(如紫色、藍色和淺藍色)；波長小于400 nm，反射率迅速降低；由于遮陽傘布對200～1 000 nm范圍光的透射率均小于2%，而反射系率降低，說明遮陽傘對光的吸收或散射逐漸加強，若透射率以2%計算，紫色和藍色的遮陽傘對紫外線的吸收率在44%～93%，而淺藍色傘的防曬效果較差(就這三種傘布而言)，這也是深色傘布比淺色傘布吸收紫外線的能力要強的原因；對于400 nm ～300 nm范圍的紫外波段，遮陽傘的反射率減弱，吸收或散射加強，其中對UVB的吸收或散射在80%～93%。

2.2 多層夾層和小孔的白色T恤能夠增加對光的吸收、散射和漫反射

圖2是不同空隙的運動白色T恤的反射光譜(對200～1 000 nm范圍光的透射率均小于5%)，可見光區(qū)的較寬的反射是我們看到白色T恤的原因。對于波長小于400 nm的紫外線，反射率迅速降低。但由于多層夾層的存在，增加了對光的散射或漫反射，若白色T恤對200～1 000 nm范圍光的透射率以5%計算，大孔的白色T恤對紫外光的反射率在6%～77%，對紫外光吸收和散射率在18%～90%，小孔白色T恤較為致密，對紫外光中UVB的反射率達28%，吸收和散射達73%。

圖2 不同透氣性白色T恤反射光譜圖

2.3 防曬霜和防曬服主要功能是吸收紫外線

圖3是SPF30、SPF37 PA++、SPF50和SPF50++++分別涂在PET高透光薄膜的透射光譜。可以看出PET對200～2 000 nm的光是高透過的。從圖3中可以看出：隨著SPF量值的增加，紫外線的透過率減小，且四種防曬霜對紫外線的透過率均小于2%，其中SPF50幾乎能阻擋所有的紫外線。和SPF30相比，SPF37 PA++明顯降低了UVA的透過率。由于顏色和粘稠度的不同，它們對可見光均有一定的透過率。

圖3 不同防曬霜的透射光譜(襯底為高透光的PET薄膜)

既然防曬霜對紫外線的透過率很小，那么它們對紫外線是屬于反射/散射還是吸收呢？

圖4 不同防曬霜的反射光譜(襯底為高透光的PET薄膜)

圖4是不同防曬霜的反射光譜，可以看出：可見光區(qū)較高的反射說明了防曬霜的乳白色，但四種防曬霜對紫外光的反射率較低，其中SPF50可以反射部分UVA，SPF30對UV-B的反射率相對較高；SPF30和SPF37主要反射長波長的可見光而呈現(xiàn)淺紅色；SPF50可以反射幾乎全部的可見光。因此，既然防曬霜對紫外光的透射和反射都較低，那么防曬霜的防曬效果主要來自對紫外線的吸收。

圖5 防曬霜涂在PET上的吸收光譜(襯底為高透光的PET薄膜)

圖5是不同防曬霜的吸收光譜。和反射光譜對應，SPF50幾乎不吸收可見光，但對紫外光強烈吸收，SPF30和SPF37吸收短波長的可見光而呈現(xiàn)與此短波長互補的顏色；SPF37 PA++對短波長的紫外光吸收降低。從防曬霜的光譜結果可以看出：這幾類防曬霜主要是利用吸收紫外線而達到防曬目的的。

圖6 玫紅色防曬服的反射和透射光譜

圖6是玫瑰紅色防曬服，顯示可反射部分UV-A，透光性很小。這一點和防曬霜的光譜結果比較類似。

3 討論與分析

3.1 運動防曬機理

3.1.1 太陽光波能量

太陽輻射從近紫外到中紅外這一波段區(qū)間能量最集中， 太陽能量約99%集中在0.2～4 μm間，可見光部分約集中了38%的太陽能量。海平面處的太陽輻照度曲線與大氣層外的曲線有很大不同，波長小于300 nm的紫外線大大降低，這主要是地球的保護傘臭氧層及大氣和水蒸氣對太陽輻射的吸收和散射(見圖7)。

圖7 大氣層外和海平面處的太陽輻照度

作為一種不可見光線，紫外線根據波長可以分為三種，分別是UVA、UVB、UVC，其波長由長到短分別是UVA(315～400 nm)、UVB(280～315 nm)和UVC (280 nm以下)。一般來講，波長越短，透入皮膚的深度越小，照射后黑色素沉著較弱;波長越長，透入皮膚的深度越大，照射后黑色素沉著較強。由于光化學反應的作用，能級較高的光子流能引起細胞內的核蛋白和酶的變性。

3.1.2 防曬指數(shù)

針對防曬的效果問題，我們需要首先了解一些防曬指數(shù)。

1)SPF

SPF是防曬指數(shù)(Sun Protection Factor )的英文縮寫，是防曬護膚產品對紫外線防護能力的大小。它能防護UVB， SPF指數(shù)越高，對皮膚給予的保護能力就越大。SPF值不同，表示有效防曬的時間也不同。具體見表1。[1]

表1 不同SPF值的防曬時間和防護效果表

2) PA

PA是protection UVA的簡稱,PA代表防曬產品對UVA的防護效果(UVA是肌膚老化的兇手)，這是一種來自日本防曬指數(shù)測量標準，測試標準為2～4小時陽光照射后皮膚持久性黑色素沉淀的穩(wěn)定指數(shù)。PA保護程度為PA+，PA++，PA+++。 “ + ”字越多， 防止UVA的效果就越好，有效防護時間也就越長。具體見表2。

表2 不同PA保護程度表

3.1.3 紫外線曬傷

在我們平時的生活和運動環(huán)境中，遇到的曬傷主要來自于紫外線中UVB和UVA。我們在采取防曬措施之前，首先要認識這兩個不同波長范圍的射線，表3是UVA和UVB兩種不同紫外線的對照表。[2]

表3 紫外線中UVB和UVA的對照表

紫外線中，大氣的臭氧層將一部分UVB(波長290～300 nm)和全部的UVC(波長<290 nm)吸收掉，不會接觸到我們的皮膚； UVB帶有強大的即時能量，作用于皮膚表層，會導致曬黑和曬傷，如果長期或過量照射，能破壞DNA，甚至引起皮膚癌變；UVA的能量值是UVB的100倍，有較強的穿透能力，當它深入真皮層，就會刺激自由基生成，加速皮膚老化和色素沉著。通過表1我們不難看到，最佳的防曬效果就是既要防止曬黑，又要防止老化，也就是說，我們的防曬措施和手段是要同時針對紫外線中的UVB和UVA。尤其要指出的是，作為主要防護對象UVA是一年四季都存在的。

根據以上的分析，目前防曬既要防止曬黑，又要防止老化，也就是針對紫外線中的UVB和UVA進行多種途徑的綜合處理。防紫外線的原理主要是減少它的透射,使紫外線盡量被反射掉或吸收掉。對于吸收的能量進行轉換,以熱能或其他無害低能輻射釋放出去。因此，防曬需要反射/散射和吸收結合起來才能達到效果。一般防紫外線一般有兩種方式：第一種是反射或散射紫外線，包括鍍金屬膜的鏡面反射和粗糙或珠光面料散射[3]。例如，銀膠布多用作防紫外線傘(遮陽傘)的面料，具有遮光、防輻射等功能，然而雨水會損傷傘的涂層，降低防曬效果。第二種是在織物纖維的內部摻入吸收紫外線的材料，或是在織物完成以后做后期處理，摻入一些吸收紫外線的材料，如納米級的氧化鋅或二氧化鈦等，但是對顆粒的尺寸有嚴格的要求，顆粒太大不能滿足光吸收的要求，顆粒太小會阻塞毛孔或進入體內。

3.2 運動防曬措施選擇

在日常生活中，一提到輻射，我們首先想到的是紫外線輻射。 紫外線有化學作用、生理作用和商業(yè)的熒光效應而被用于消毒殺菌，人體合成維生素D和防偽驗鈔機等。太陽光中，各種光波都帶有不同能級的能量，能量的存在，就會產生不同的作用效果。太陽光中的紫外線帶有極強的能量，即使在晚上，紫外線依然存在。當我們處于戶外或是直接在陽光下運動，就會接受到不同輻射或光線的能量，其中紫外線可穿透皮膚到達真皮層，損傷彈性纖維，傷害皮膚微血管到達皮膚的表皮，短時間即造成皮膚傷害，而對皮膚形成灼傷的罪魁禍首就是紫外線。我們的防曬主要就是防止或減輕太陽光中的紫外線對皮膚的傷害。

在運動過程中，我們可以選擇的防曬方式有衣服、帽子、太陽傘、太陽鏡、防曬霜防曬甚至食物防曬。其中使用防曬服、防曬霜和太陽傘是運動中最常見的幾種防曬方式。

3.2.1 運動T恤的防曬

一般來說，一件普通的T恤衫也可以隔離95%的紫外線，尤其是對主要防護對象UVA的反射較大，所以外出時，盡量不要將皮膚過多地暴露在外，應穿著織法細密的長袖襯衫和長褲。然而，在悶熱、潮濕的夏季，一旦衣服潮濕，T恤也就失去了防曬的效果，同時皮膚在濕潤的狀態(tài)下吸收紫外線的能力會大大提高。因此，夏季淺色T恤或體能訓練服裝一般是帶有網狀的夾層，一方面增加對光的散射幾率，防止紫外線的直接透射，另一方面增加透氣和散熱功能，防止毛孔堵塞。

運動過程中肢體動作比較頻繁，運動T恤可以起到很好的包裹作用，從而能夠起到防曬作用。同時，運動過程中會產生大量的汗液，帶來衣物防曬效果的降低，這時要注意及時更換衣服，同時要控制運動的時間。

3.2.2 防曬霜的防曬

防曬霜是指添加了能阻隔或吸收紫外線的防曬劑來達到防止肌膚被曬黑、曬傷的化妝品。根據防曬原理，可分為物理防曬和化學防曬(或無機和有機防曬)。物理防曬是利用防曬品中的粒子阻擋、反射或散射掉紫外線，使到達皮膚的紫外線量得以減少，通常會比較油膩。化學防曬是讓防曬是利用吸收的原理達到防曬效果，防曬品中的化學成分(乳氨基苯甲酸及其衍生物、肉桂酸等)進入皮膚角質，經皮膚吸收后，跟紫外線產生交互作用，使其轉變?yōu)闊o害的能量，因此需要提前半小時使用。隨著納米技術的發(fā)展，氧化物納米顆粒也常常被用在日常防曬中，如氧化鈦納米粒子可完全阻隔UVB，但無法阻隔UVA；氧化鋅納米粒子可以阻隔大部分UVA和UVB[4]?；瘜W防曬霜不會很油膩但是對皮膚刺激較大。理論上，物理防曬要好于化學防曬，但目前多數(shù)使用化學防曬。

運動中選擇適合自己皮膚特點的防曬霜比較重要，一方面不會因為皮膚的油膩和汗液的雜糅而影響到運動情緒，同時又可以有效地避免運動過程中長時間暴露在紫外線的照射下而被灼傷。

3.3 后續(xù)研究展望

我們應該能夠清楚地看到，在研究過程中，只能是利用靜態(tài)的材料做短時性的固定光的光譜分析，來闡述防曬可能會用到的措施和手段，但從實際的運動過程的復雜性來看，我們的研究還遠遠不夠。因為不同的運動項目會有不同的動作要求，人體在運動過程中的軌跡和路線不盡相同，那么，由此產生的皮膚暴露也不一樣，采取的防曬措施和材料也會有顯著的差別，這是其一；其二，運動過程中人體會產生很多汗液，汗液對防曬衣物以及防曬霜的防曬效果的折損是顯然存在的，但是目前無法進行跟蹤實驗，來探明汗液量的多少與防曬效果之間的線性關系，這是后續(xù)研究所要解決的重點問題；第三，我們可以展望的是，運動時間和運動強度對于不同的人群對太陽光照射的需求與回避，這不可同一而論[5]，否則我們的研究將會陷入深深的教條主義，而失去應有的價值和探索性。所以，我們暫時保持一個開放性和批判性的思維和視角，來探索運動中的防曬，也只能通過靜態(tài)的物化處理，得出相對精確的數(shù)據來說明一些理性的問題，這是研究的出發(fā)點，也是研究的終極目標。

4 結論與建議

4.1 結論

4.1.1 選擇防曬霜防曬比較符合日常運動的需要

目前常用的防曬物品有防曬霜、隔離霜等直接涂抹在皮膚表層用以阻隔紫外線對皮膚的傷害，另外還有防曬服、防曬傘等通過遮擋或吸收部分紫外線來達到保護皮膚的目的。因為直接關乎到美容的問題，運動中很多時候在防曬霜的選擇上比較常見，加上防曬霜以及隔離霜的宣傳、廣告效應，這方面的知識較為普及，而且通過上述的分析來看，各種防曬的選擇很直觀。

4.1.2 防曬服會受到汗液和水的浸潤而降低防曬效果

常用的遮陽傘，一般來說遮陽傘透光率越低、形成的影子越深，則防曬效果越好。但是在運動中，我們的身體不可能時刻處于遮陽傘的保護下，所以使用防曬霜的同時，還要加強衣物對皮膚的防曬保護。我們試圖通過對衣物的防曬光譜分析來說明防曬情況，以便于制作、選擇和使用。而防曬衣只適合遠足、登山，而且戶外活動時濕衣服的防曬能力會明顯下降。

4.2 建議

4.2.1 運動時盡量遠離一切反射面，降低鏡面反射的影響

紫外線強烈而又悶熱的夏季，針對不同的活動形式，采用不同的防曬方式。鏡面反射會反射高達85%的紫外線，打傘、戴帽也不能防住地面、水面反射的紫外線，所以日常生活中應盡量遠離一切反射面，如海面、沙堆、櫥窗等。

4.2.2 運動時根據自身的皮膚特質和需要選擇合適的防曬霜

防曬霜只有防曬功能，但隔離霜不同。隔離霜除了具有防曬功能之外，在成分中還會添加抗氧化成分、美白成分或維他命成分。隔離霜最大的功效是抵擋紫外線給皮膚帶來傷害的同時，還能隔離臟空氣、臟東西，以減少自由基對皮膚的傷害。這些知識都可以通過防曬霜以及隔離霜的使用說明獲得。

[1]楊慧娟.防曬功能生活裝的研究和設計實驗[D].上海：東華大學，2014:5.

[2]張英，范林，馬子川.防曬劑防曬機理及其應用[J].化學世界，2007(12):762-765.

[3]慕容秀.防曬劑現(xiàn)狀及應用[J]. 日用化學品科學，2008，31(7)：4-6，10.

[4]杜晶.在效果卓越的防曬及護膚產品中防曬保護的配方策略[J].日用化學品科學，2002，25(6)：37-41.

[5]李陳，王宏，邵際曉，文雨田.重慶地區(qū)中小學生皮膚光分型及防曬行為調查[J].中國學校衛(wèi)生，2013，34(1)：81-84.

Spectral analysis of various materials of sunscreen for sports

LI Heng

(DepartmentofPhysicalEducation,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,Jiangsu,China)

It analyzed the sunscreen mechanism of umbrella cloth, white T-shirt, sunscreen and sunscreen by spectroscopic experiment, and explored the revelation of sports sunscreen. It is believed that dark umbrella cloth is stronger than that of light-colored to absorb ultraviolet light; The multi-layer sandwich and small hole in the white T-shirt can increase the absorption of light, scattering and diffuse reflection; The main function of sunscreen cream and sunscreen clothing is to absorb ultraviolet. It is also pointed out that the use of static materials to make a short-term fixed light spectral analysis can elaborate the the measures and means of sun proof, however, it is far from enough on the basis of the complexity of the exercise process. We need to maintain an open and a critical thinking and perspective to illustrate some of the rational problems of sports sun care with some relative accurate data.

sunscreen material; spectral analysis; sports sunscreen

2016-12-09

江蘇省高校哲學社會科學研究基金指導項目(編號：2014SJD055)。

李恒(1980- )，男，碩士，講師，研究方向體能訓練與產品開發(fā)。

G818.4

A

1009-9840(2017)01-0059-05