【转】防晒中的一些技术类话题
又到了全民防晒的夏季了。其实防晒是所有护肤程序中最有技术讨论价值的话题。作为理工男，突然想在此钻一把牛角尖，从非实用角度进行几项分析。如果有耐心和兴趣看完，相信你会对防晒有一些不同于杂志和网站介绍的理解。
1. SPF (Sun Protection Factor)
中波紫外线 (290-320nm) 防护指数（中波的紫外线一般只有10%能透过真皮层，大部分只能透过角质层和表皮层）
很多人，包括杂志和网站，都普及说这个指数是代表了抗晒时间。即你的皮肤若在日光下15分钟被晒红，那么抹上SPF20的防晒产品即可以将红斑首次出现的时间推迟到15*20=300分钟，约5小时。
这个解释正确且便于应用，但不那么严密。首先测量问题如何解决？总不能每个产品都找一批人来晒红测定时间，然后取平均数吧。其次不同地区的产品在防晒数值上的标注如何统一？
不妨从测定过程看一下：海关检验部门对进口产品的防晒能力测试，是采用分光光度仪对涂敷了防晒产品的医用纱布（以2mg/cm2的量涂敷）进行连续光谱照射（一般是从290-400nm），测定透光率而得到的结果。也就是说，唯一的标准，就是透光率。
那么抗晒时间倍数和透光率怎么换算呢。通过查阅标准，得知测试时是假定在整个接受光照的时间内，紫外线强度相同。另外，从生物学的角度上，认为人体皮肤首次出现晒后红斑（毛细血管充血膨胀）是在接受的日照能量连续积累到一定程度的情况下发生的。既然紫外线强度一直相同，那积累的能量自然和时间呈线性关系了。
于是：
个人首次出现红斑紫外线总强度= 当地紫外线平均强度 *透光率 *个人初始抗晒时间 *抗晒时间倍数
而：
个人首次出现红斑紫外线总强度= 当地紫外线平均强度*个人初始抗晒时间
所以，透光率 = 1 / 抗晒时间倍数 （是不是简单到要吐血！）
那么，SPF20的透光率就是5%。也就是能量100焦的紫外线照射，能进入你皮肤的只有5焦。那么SPF100的透光率呢？1%。所以，即便SPF值巨幅上升，其实能阻隔的紫外线也多不了多少。
2. 选择SPF指数的“科学计算法”
看完上面一段，也许有人想问，我就算知道了某产品能阻隔多少百分比的中波紫外线，或者它能延长抗晒时间多少倍，那也不能指导自己在城市里，去海边，或者去非洲旅游时该选择什么样的指数啊。
这个就要牵涉到两个数值，最小红斑剂量（Minimum Erythema Dose-MED，单位J/M2/D, 焦尔/平方米/天）和当地紫外线辐射剂量（每日平均值的单位同红斑剂量，而瞬时强度的单位为W/M2，瓦特/平方米）。
目前的国际标准都是采用典型Ⅱ型皮肤，最小红斑剂量是250 J/M2/D。这种皮肤类型常见于欧洲白人，亚洲人一般耐受能力要更强些。但是敏感性皮肤和儿童可能低至150左右，部分极敏感人群低至80，而刚进行过激光换肤手术的人基本无法耐受紫外线。
不同地区和季节的紫外线辐射剂量差别很大。如果是晴天户外中午的数据，北京的辐射剂量可以从0.02-0.17 （夏季峰值）W/M2不等。假定你属于皮肤比较敏感的中国女性，那MED可能在150J/M2。所以150/0.17=882秒（瓦特=焦耳 / 秒），即大约15分钟。也就是说夏日的中午，你出门暴露在阳光下，那无遮挡部分的皮肤大概15分钟就红了，这计算还是比较靠谱的吧？
再延伸一下，如果你要在外面走1小时，而且刚刚好皮肤不发红，那需要的防晒系数就是60/15 = SPF4。
有人会问，这怎么可能，那么低的系数就够了？的确是不够。因为你别忘了，测试时的涂敷量是2mg/cm2。这对日常使用来说有点太厚了。脸加上后脖子，一个月就要用完1瓶50ml的防晒。而一般的50ml晚霜，大家应该都是使用3个月以上的吧？所以我们自己觉得“舒服”的防晒用量，大概在0.6-0.7mg/cm2。
以化学防晒来看，吸收紫外线的能力应当是和使用量成线性正比关系。所以我们要用的SPF数值是12。这和杂志推荐数应该比较接近。物理防晒因为是固体粉末形成一层反光层，所以用量减低以后并不表现出线性关系。可能SPF数值减少更多。
有部分看出门道的豆友会追问了，我怎么能知道要去地方的紫外线辐射剂量是多少呢？网上很难查到啊。
别担心，气象局有个统计数据，叫做紫外线强度指数。经常通过各种渠道发布提醒人们注意的。数值从1到10+。这个东西和上述紫外辐射剂量的换算关系是：乘以0.025W/M2。也就是说，最强的指数10相对于0.25W/M2的辐射强度。因为在赤道兩側，南北回歸線之間的海平面上，陽光呈90度照射时，紫外线强度的實際峰值為0.22W/m2（正午的瞬間最高值）。所以上限为0.25基本足够了。
但是高原、或者臭氧层出现空洞的地方，峰值会比这个还高，那就用10+表示。北京地区夏季在5-7，晒着人已经很难受了。
转回正题， 因为实际的日晒中紫外线强度并不是均匀分布，而且你在户外活动的时间也不一定是正午。所以选择系数时只要采取比例法就可以。
例如，你每天在外活动的时间是1小时， 那段时间紫外线平均强度为5；现在要去的地方平均紫外强度为7，而且要在户外活动2小时，那(7/5) * 2 = 2.8。就是说你的防晒产品SPF值需要是平时“必须量”的2.8倍才可以。
关于“必须量”的计算，可参考上面的SPF12的计算过程。
有些豆友可能会问，我如果本来计划好活动2小时，后来延长到3小时了，那就是2小时结束时补擦一次呗？
回答是：绝对不行！
因为你在2小时过去后，吸收的紫外线已经到“临界值”了。只要再多吸收一点，皮肤就会出现反应。所以如果你想继续在户外活动，必须完全避免紫外线才可以！
这个问题的解决可能有3种方式：
-事前筹备。如果你知道在外活动有可能超时，那就用比“必须量”高的防晒系数来给自己余量。比如本需要30，你直接上50的。
-事中防备。如果是化学防晒，开始就擦很厚！让它达到标示的SPF值！一般人即使是在赤道的海滩连续玩4小时，有SPF25也就够了。前提是擦得足够厚！而且整个过程中防晒能力不降低（要补擦）。
-事后应备。不是让你晒完了再修护，这个不是本篇要讨论的主题。还记得前面说的不：日照能量“连续”积累。到时间了，你就乖乖回屋里呆着。过一两个小时再出来，让皮肤有缓冲的机会，一天中可以接受的总日照能量就会适度增加。但是，也不能说就一切清0重新计算了，尽量还是不要多晒很长时间。
3. 长波紫外线防护(320-400nm)——分清眼花缭乱的标准
PA (Protection grade of UVA) 长波紫外线防护等级
PFA (Protection Factor of UVA) 长波紫外线防护指数
PPD (Persistent Pigment Darkening) 持續性色素沉澱指數
标识和宣称UVA防护效果或广谱防晒是防晒化妆品近年来重要的发展趋势之一。UVA照射的近期生物学效应是皮肤晒黑，远期累积效应则为皮肤光老化，两种不良反应后果均为近年来化妆品美容领域内关注的焦点（波长在350nm以上的UVA通常约有52%能到达真皮层）。防晒化妆品UVA防护效果的评价也通常采用人体法测定，但防护等级的标示则存在上述三种标准。
PA是日本化妝品行業工會訂出的標準 。PA是以+表示防禦力，+愈多防禦能力愈佳。三個+是上限，可抵擋約90%的UVA。这种描述方式因为比较简单，所以常见。但是以理工的观点看有些模糊不清。
相比之下，PFA的实际含义就非常明确了。它参照SPF的概念，=涂抹防晒品皮肤的mppd值/未涂抹防晒品皮肤的mppd值。
其中mppd（minimal persistent pigmentation dose）最小黑化或色素沉着量：指引起可见黑化或色素沉着量所需的紫外线最低剂量（J/M2）或最短照射时间。常见的PFA值是从2到10。
类比SPF，一个PFA值为5的产品，遮挡长波紫外线的能力为1-(1/5)=80%。
鉴于目前标加号的产品比较多，特指出换算方法：
PFA 2~4= PA +
PFA4~8= PA ++
PFA>8= PA +++
PPD是美國食品藥物管理局使用的UVA防禦指數 也稱為持續性色素沉澱指數 指在紫外線照射下二小時後所測出的色素穩定指數。也用數字标示 2~4等同一個+ ，4~6等同兩個+，6~8等同三個+。但这里的数字无法换算成防晒时间。
4.常见物品对中波紫外线的防护能力 （有些物品对长波紫外线也有一定的防护）。
树荫防晒能力还是不错的
如果世界末日到了，紫外线强度剧升，但是护肤品商店又被摧毁，你该逃到哪里防止自己被晒成生化人呢？（数值中已考虑到四周光线反射因素。但由于实际情况复杂，并不精确，仅作参考）。
小树荫（有斑驳的光点）， SPF 3
粗编草帽， SPF 4
中树荫（有细小的透光）， SPF 5
窄屋檐下， SPF 6
大树荫（遮天蔽日）， SPF 9
普通雨伞， SPF 10
白色纯棉T恤， SPF 12 但弄湿后会完全失去防晒能力
黑色纯棉T恤， SPF 15 弄湿后保留少量的防晒能力
普通玻璃， SPF 20
防紫外线伞（有涂层）， SPF 30
在身上涂满薄薄的黑泥， SPF 50
高档玻璃防晒贴膜， SPF 100
躲在棺材里， SPF 1000
另外，一般的雨天紫外线照射率相当于晴天的1/3、阴天紫外线照射率相当于晴天的4/5。
顺便说说常见物体对UVA的遮挡。
很多杂志和文章宣称UVA因为波长长，对衣服、玻璃、帽子等穿透能力极大，非常难以防护。真的是这样么。
紫外线是电磁波，有波粒二相性，穿透能力属于它的波动性（这里的穿透和X射线透过人体是不同的，X射线波长极短，能量很高，撞上物质分子发生反应，然后剩下的继续通过，可以描述为 穿破。而红外线，可见光和紫外线基本是从物质的孔隙绕过。UVA应该描述为：无孔不入更恰当）因为波是会衍射的，波长越长衍射越明显。但UVA波长再长，也比可见光短。所以一般情况下，能遮住可见光的物品，就肯定能遮UVA。而不能完全遮可见光的纸片、半透明塑料对UVA也能有效阻隔。
但是，越短的波，能量越大。所以皮肤若同时被紫外线和可见光照射，主要的伤害都来自紫外线。如果完全不防晒，波长短的UVB对人伤害更大（是不是很绕：）
5. 是否需要每天都防晒
之前的分析，都是用“红斑”、“黑色素”这类明显反应来衡量的。那是不是说，不出现这些反应，就不需要防晒呢？而部分杂志和文章表示，“日光伤害”并不一定肉眼可见。它是日积月累的，使你加速老化，慢慢出现痣和斑点，所以每天都必须严防死守。
首先明确一点，能量是不会保存在皮肤里的。不会说今天穿透皮肤的紫外线，明天还在，然后和后续晒的叠加作用直至出现症状。必须是已经让皮肤出现了问题（即便暂时无法观察），随后日积月累显现出来。
打个比方：你穿了一双比较硬的鞋子，穿1分钟没事，5分钟没事，1个小时好像也没事。如果连续穿1天，脚就破了（相当于出现红斑和黑色素），那你当然知道要在摩擦处放个垫子（必须防晒）。
如果每天穿1小时呢。可能1个月后，那里长了个老茧 （老化积累）。就是杂志说的情况（需要防晒）。
如果每天穿20分钟呢？可能一辈子也发现不了脚的变化。这时候就没有防晒的必要。但是这个时间极限，我们要如何确定？
大家应该知道，人体在阳光照射下，利用紫外线可以在体内合成维生素D。说明对紫外线有最小需求量。这个限值里，紫外线对人应该完全没有伤害。
一般说来，在紫外强度低于4，每天户外时间不超过15分钟，室内不靠窗时，可以不用防晒。但是问题是，现在很多地方都用日光灯，日光灯可以把8%的能量转成紫外线。那一天累积下来也不少了。因此，每天用SPF10左右的防晒还是有价值的。
来自：Fossil-fish
1. SPF (Sun Protection Factor)
中波紫外线 (290-320nm) 防护指数（中波的紫外线一般只有10%能透过真皮层，大部分只能透过角质层和表皮层）
很多人，包括杂志和网站，都普及说这个指数是代表了抗晒时间。即你的皮肤若在日光下15分钟被晒红，那么抹上SPF20的防晒产品即可以将红斑首次出现的时间推迟到15*20=300分钟，约5小时。
这个解释正确且便于应用，但不那么严密。首先测量问题如何解决？总不能每个产品都找一批人来晒红测定时间，然后取平均数吧。其次不同地区的产品在防晒数值上的标注如何统一？
不妨从测定过程看一下：海关检验部门对进口产品的防晒能力测试，是采用分光光度仪对涂敷了防晒产品的医用纱布（以2mg/cm2的量涂敷）进行连续光谱照射（一般是从290-400nm），测定透光率而得到的结果。也就是说，唯一的标准，就是透光率。
那么抗晒时间倍数和透光率怎么换算呢。通过查阅标准，得知测试时是假定在整个接受光照的时间内，紫外线强度相同。另外，从生物学的角度上，认为人体皮肤首次出现晒后红斑（毛细血管充血膨胀）是在接受的日照能量连续积累到一定程度的情况下发生的。既然紫外线强度一直相同，那积累的能量自然和时间呈线性关系了。
于是：
个人首次出现红斑紫外线总强度= 当地紫外线平均强度 *透光率 *个人初始抗晒时间 *抗晒时间倍数
而：
个人首次出现红斑紫外线总强度= 当地紫外线平均强度*个人初始抗晒时间
所以，透光率 = 1 / 抗晒时间倍数 （是不是简单到要吐血！）
那么，SPF20的透光率就是5%。也就是能量100焦的紫外线照射，能进入你皮肤的只有5焦。那么SPF100的透光率呢？1%。所以，即便SPF值巨幅上升，其实能阻隔的紫外线也多不了多少。
2. 选择SPF指数的“科学计算法”
看完上面一段，也许有人想问，我就算知道了某产品能阻隔多少百分比的中波紫外线，或者它能延长抗晒时间多少倍，那也不能指导自己在城市里，去海边，或者去非洲旅游时该选择什么样的指数啊。
这个就要牵涉到两个数值，最小红斑剂量（Minimum Erythema Dose-MED，单位J/M2/D, 焦尔/平方米/天）和当地紫外线辐射剂量（每日平均值的单位同红斑剂量，而瞬时强度的单位为W/M2，瓦特/平方米）。
目前的国际标准都是采用典型Ⅱ型皮肤，最小红斑剂量是250 J/M2/D。这种皮肤类型常见于欧洲白人，亚洲人一般耐受能力要更强些。但是敏感性皮肤和儿童可能低至150左右，部分极敏感人群低至80，而刚进行过激光换肤手术的人基本无法耐受紫外线。
不同地区和季节的紫外线辐射剂量差别很大。如果是晴天户外中午的数据，北京的辐射剂量可以从0.02-0.17 （夏季峰值）W/M2不等。假定你属于皮肤比较敏感的中国女性，那MED可能在150J/M2。所以150/0.17=882秒（瓦特=焦耳 / 秒），即大约15分钟。也就是说夏日的中午，你出门暴露在阳光下，那无遮挡部分的皮肤大概15分钟就红了，这计算还是比较靠谱的吧？
再延伸一下，如果你要在外面走1小时，而且刚刚好皮肤不发红，那需要的防晒系数就是60/15 = SPF4。
有人会问，这怎么可能，那么低的系数就够了？的确是不够。因为你别忘了，测试时的涂敷量是2mg/cm2。这对日常使用来说有点太厚了。脸加上后脖子，一个月就要用完1瓶50ml的防晒。而一般的50ml晚霜，大家应该都是使用3个月以上的吧？所以我们自己觉得“舒服”的防晒用量，大概在0.6-0.7mg/cm2。
以化学防晒来看，吸收紫外线的能力应当是和使用量成线性正比关系。所以我们要用的SPF数值是12。这和杂志推荐数应该比较接近。物理防晒因为是固体粉末形成一层反光层，所以用量减低以后并不表现出线性关系。可能SPF数值减少更多。
有部分看出门道的豆友会追问了，我怎么能知道要去地方的紫外线辐射剂量是多少呢？网上很难查到啊。
别担心，气象局有个统计数据，叫做紫外线强度指数。经常通过各种渠道发布提醒人们注意的。数值从1到10+。这个东西和上述紫外辐射剂量的换算关系是：乘以0.025W/M2。也就是说，最强的指数10相对于0.25W/M2的辐射强度。因为在赤道兩側，南北回歸線之間的海平面上，陽光呈90度照射时，紫外线强度的實際峰值為0.22W/m2（正午的瞬間最高值）。所以上限为0.25基本足够了。
但是高原、或者臭氧层出现空洞的地方，峰值会比这个还高，那就用10+表示。北京地区夏季在5-7，晒着人已经很难受了。
转回正题， 因为实际的日晒中紫外线强度并不是均匀分布，而且你在户外活动的时间也不一定是正午。所以选择系数时只要采取比例法就可以。
例如，你每天在外活动的时间是1小时， 那段时间紫外线平均强度为5；现在要去的地方平均紫外强度为7，而且要在户外活动2小时，那(7/5) * 2 = 2.8。就是说你的防晒产品SPF值需要是平时“必须量”的2.8倍才可以。
关于“必须量”的计算，可参考上面的SPF12的计算过程。
有些豆友可能会问，我如果本来计划好活动2小时，后来延长到3小时了，那就是2小时结束时补擦一次呗？
回答是：绝对不行！
因为你在2小时过去后，吸收的紫外线已经到“临界值”了。只要再多吸收一点，皮肤就会出现反应。所以如果你想继续在户外活动，必须完全避免紫外线才可以！
这个问题的解决可能有3种方式：
-事前筹备。如果你知道在外活动有可能超时，那就用比“必须量”高的防晒系数来给自己余量。比如本需要30，你直接上50的。
-事中防备。如果是化学防晒，开始就擦很厚！让它达到标示的SPF值！一般人即使是在赤道的海滩连续玩4小时，有SPF25也就够了。前提是擦得足够厚！而且整个过程中防晒能力不降低（要补擦）。
-事后应备。不是让你晒完了再修护，这个不是本篇要讨论的主题。还记得前面说的不：日照能量“连续”积累。到时间了，你就乖乖回屋里呆着。过一两个小时再出来，让皮肤有缓冲的机会，一天中可以接受的总日照能量就会适度增加。但是，也不能说就一切清0重新计算了，尽量还是不要多晒很长时间。
3. 长波紫外线防护(320-400nm)——分清眼花缭乱的标准
PA (Protection grade of UVA) 长波紫外线防护等级
PFA (Protection Factor of UVA) 长波紫外线防护指数
PPD (Persistent Pigment Darkening) 持續性色素沉澱指數
标识和宣称UVA防护效果或广谱防晒是防晒化妆品近年来重要的发展趋势之一。UVA照射的近期生物学效应是皮肤晒黑，远期累积效应则为皮肤光老化，两种不良反应后果均为近年来化妆品美容领域内关注的焦点（波长在350nm以上的UVA通常约有52%能到达真皮层）。防晒化妆品UVA防护效果的评价也通常采用人体法测定，但防护等级的标示则存在上述三种标准。
PA是日本化妝品行業工會訂出的標準 。PA是以+表示防禦力，+愈多防禦能力愈佳。三個+是上限，可抵擋約90%的UVA。这种描述方式因为比较简单，所以常见。但是以理工的观点看有些模糊不清。
相比之下，PFA的实际含义就非常明确了。它参照SPF的概念，=涂抹防晒品皮肤的mppd值/未涂抹防晒品皮肤的mppd值。
其中mppd（minimal persistent pigmentation dose）最小黑化或色素沉着量：指引起可见黑化或色素沉着量所需的紫外线最低剂量（J/M2）或最短照射时间。常见的PFA值是从2到10。
类比SPF，一个PFA值为5的产品，遮挡长波紫外线的能力为1-(1/5)=80%。
鉴于目前标加号的产品比较多，特指出换算方法：
PFA 2~4= PA +
PFA4~8= PA ++
PFA>8= PA +++
PPD是美國食品藥物管理局使用的UVA防禦指數 也稱為持續性色素沉澱指數 指在紫外線照射下二小時後所測出的色素穩定指數。也用數字标示 2~4等同一個+ ，4~6等同兩個+，6~8等同三個+。但这里的数字无法换算成防晒时间。
4.常见物品对中波紫外线的防护能力 （有些物品对长波紫外线也有一定的防护）。
树荫防晒能力还是不错的
如果世界末日到了，紫外线强度剧升，但是护肤品商店又被摧毁，你该逃到哪里防止自己被晒成生化人呢？（数值中已考虑到四周光线反射因素。但由于实际情况复杂，并不精确，仅作参考）。
小树荫（有斑驳的光点）， SPF 3
粗编草帽， SPF 4
中树荫（有细小的透光）， SPF 5
窄屋檐下， SPF 6
大树荫（遮天蔽日）， SPF 9
普通雨伞， SPF 10
白色纯棉T恤， SPF 12 但弄湿后会完全失去防晒能力
黑色纯棉T恤， SPF 15 弄湿后保留少量的防晒能力
普通玻璃， SPF 20
防紫外线伞（有涂层）， SPF 30
在身上涂满薄薄的黑泥， SPF 50
高档玻璃防晒贴膜， SPF 100
躲在棺材里， SPF 1000
另外，一般的雨天紫外线照射率相当于晴天的1/3、阴天紫外线照射率相当于晴天的4/5。
顺便说说常见物体对UVA的遮挡。
很多杂志和文章宣称UVA因为波长长，对衣服、玻璃、帽子等穿透能力极大，非常难以防护。真的是这样么。
紫外线是电磁波，有波粒二相性，穿透能力属于它的波动性（这里的穿透和X射线透过人体是不同的，X射线波长极短，能量很高，撞上物质分子发生反应，然后剩下的继续通过，可以描述为 穿破。而红外线，可见光和紫外线基本是从物质的孔隙绕过。UVA应该描述为：无孔不入更恰当）因为波是会衍射的，波长越长衍射越明显。但UVA波长再长，也比可见光短。所以一般情况下，能遮住可见光的物品，就肯定能遮UVA。而不能完全遮可见光的纸片、半透明塑料对UVA也能有效阻隔。
但是，越短的波，能量越大。所以皮肤若同时被紫外线和可见光照射，主要的伤害都来自紫外线。如果完全不防晒，波长短的UVB对人伤害更大（是不是很绕：）
5. 是否需要每天都防晒
之前的分析，都是用“红斑”、“黑色素”这类明显反应来衡量的。那是不是说，不出现这些反应，就不需要防晒呢？而部分杂志和文章表示，“日光伤害”并不一定肉眼可见。它是日积月累的，使你加速老化，慢慢出现痣和斑点，所以每天都必须严防死守。
首先明确一点，能量是不会保存在皮肤里的。不会说今天穿透皮肤的紫外线，明天还在，然后和后续晒的叠加作用直至出现症状。必须是已经让皮肤出现了问题（即便暂时无法观察），随后日积月累显现出来。
打个比方：你穿了一双比较硬的鞋子，穿1分钟没事，5分钟没事，1个小时好像也没事。如果连续穿1天，脚就破了（相当于出现红斑和黑色素），那你当然知道要在摩擦处放个垫子（必须防晒）。
如果每天穿1小时呢。可能1个月后，那里长了个老茧 （老化积累）。就是杂志说的情况（需要防晒）。
如果每天穿20分钟呢？可能一辈子也发现不了脚的变化。这时候就没有防晒的必要。但是这个时间极限，我们要如何确定？
大家应该知道，人体在阳光照射下，利用紫外线可以在体内合成维生素D。说明对紫外线有最小需求量。这个限值里，紫外线对人应该完全没有伤害。
一般说来，在紫外强度低于4，每天户外时间不超过15分钟，室内不靠窗时，可以不用防晒。但是问题是，现在很多地方都用日光灯，日光灯可以把8%的能量转成紫外线。那一天累积下来也不少了。因此，每天用SPF10左右的防晒还是有价值的。
来自：Fossil-fish
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