SPF/PA值测定_【CMA/CNAS认证】_中科光析科学技术研究所

防晒产品中SPF值与PA等级的测定技术

防晒产品的核心功效评价指标为日光防护系数（Sun Protection Factor, SPF）和UVA防护等级（Protection Grade of UVA, PA）。前者主要评估产品对中波紫外线（UVB，290-320 nm）的防护能力，后者则评价对长波紫外线（UVA，320-400 nm）的防护效果。其测定需遵循严格的国际与国内标准，以确保结果的科学性、重现性和可比性。

一、检测项目：方法及原理

1. SPF值测定
SPF值测定基于人体法，是目前全球公认的唯一权威方法。

原理：SPF定义为“使用防晒产品防护的皮肤最小红斑剂量（MED）与未防护皮肤的最小红斑剂量之比”。其核心原理是模拟紫外线照射人体皮肤，通过观察皮肤产生肉眼可见、边界清晰的最小红斑反应所需的紫外线剂量来量化防护效果。
方法概述：
- 受试者筛选：选择符合标准（如Fitzpatrick皮肤类型I-III型）的健康成年志愿者。测试前需对受试者的背部或腰部进行适应性照射，确定其个体未防护MED。
- 样品涂抹：在受试者背部划定多个试验区，以标准涂抹量（2 mg/cm² 或 2 μL/cm²）均匀涂抹待测防晒产品。
- 紫外线照射：使用符合标准要求的模拟日光紫外光源（氙弧灯或金属卤素灯配合滤波系统），在产品涂抹干燥后，以递增的紫外线剂量（通常按等比数列，如系数为1.25或√2）对多个测试点进行照射。
- 结果判定：照射后16-24小时，在标准光照条件下观察各照射点的红斑反应。每个试验区的MED为该试验区出现红斑的所有照射点中，最小照射剂量的那个点所对应的剂量。最终SPF值为所有有效受试者个体SPF值的算术平均值，并计算95%置信区间。

2. PA等级测定
PA等级的测定主要基于人体法（即时性色素沉着法）或仪器法（关键波长法或体外UVA防护因子法）的验证组合。人体法是确定PA等级的基础。

人体法 - 即时性色素沉着法：
- 原理：UVA照射可引起皮肤即时性色素变黑或色素沉着（IPD）或持续性色素变黑（PPD）。PA分级体系主要基于PPD反应。PPD防护因子（Persistent Pigment Darkening Protection Factor）定义为“使用防晒产品防护的皮肤产生PPD反应的最小剂量与未防护皮肤产生PPD反应的最小剂量之比”。
- 方法概述：操作流程与SPF人体法类似，但使用高强度UVA光源（如氙弧灯配合UVA透过滤光片），以诱导皮肤产生PPD反应。反应通常在照射后2-24小时内观察评估。计算个体PPD值后，根据平均PPD值确定PA等级：PPD 2~4为PA+，4~8为PA++，8~16为PA+++，16及以上为PA++++。
体外仪器法：
- 原理：作为人体法的辅助或筛选手段。将防晒产品均匀涂抹于特定的透紫外基质（如PMMA粗糙板或石英板）上，使用紫外分光光度计或配有积分球的专用光谱仪，测定样品在UVA波段（320-400 nm）的吸光度或透射率曲线。
- 关键参数计算：
  - 体外UVA防护因子（UVAPF）：通过加权红斑效应光谱和UVA透射率计算得出。
  - 关键波长（Critical Wavelength, CW）：指在290 nm至400 nm的紫外光谱范围内，防晒产品吸光度曲线下面积达到总面积的90%时所对应的波长。标准要求CW ≥ 370 nm。
  - UVA/UVB吸收比率：计算特定波长范围内的吸光度比值，评估产品的广谱防护平衡性。标准通常要求UVA（320-400 nm）吸光度与UVB（290-320 nm）吸收度的比值大于0.9。
- 作用：当产品的体外测试显示CW ≥ 370 nm且UVAPF/SPF比值 ≥ 1/3时，可支持其具有广谱防护（含UVA防护）的特性，但PA等级的最终确定仍需基于人体PPD测试结果。

二、检测范围

防晒产品的功效测定服务于广泛的研发、质控与法规监管需求，主要应用领域包括：

化妆品工业：用于各种剂型防晒产品的配方研发、功效宣称验证、产品质量一致性控制和上市前注册备案。
医疗与功效性护肤品：评估用于光敏性疾病患者（如多形性日光疹、红斑狼疮）、术后防护或具有抗光老化宣称的特殊用途产品的防护效能。
纺织品与户外用品：评估防晒衣、遮阳伞、帐篷等纺织品的紫外线防护系数（UPF），其原理与体外法相通，采用光谱透射率测定。
新材料研发：评估新型紫外线吸收剂、纳米防晒剂或物理屏蔽材料的防护性能与光稳定性。
法规与市场监管：为政府监管部门提供技术依据，用于监督产品标签宣称的真实性，打击虚假宣传，保护消费者权益。

三、检测标准

为确保检测结果在全球范围内的准确性和可比性，测试必须遵循权威机构发布的标准规程。

国际标准：
- SPF测定：国际标准化组织ISO 24444:2019 《化妆品 - 防晒试验方法 - 人体体内测定SPF值》是国际公认的金标准。
- UVA防护测定：
  - ISO 24442:2011 《化妆品 - 防晒试验方法 - 使用人体进行UVA防护的体内测定》（PPD法）。
  - ISO 24443:2021 《化妆品 - 防晒试验方法 - 化妆品中UVA防晒功效的体外测定》。
中国国家标准：
- GB/T 39164-2020 《防晒化妆品UVA防护效果体外测定方法紫外分光光度计法》。
- GB/T 35916-2018 《化妆品中16种防晒剂和其他8种抗菌剂的测定高效液相色谱法》（用于成分合规性检测）。
- 国家药品监督管理局发布的《化妆品安全技术规范》（2015年版及后续修订）中“第四章防晒化妆品防晒效果人体试验方法”是境内产品注册备案的强制性依据，其方法与ISO标准基本协调，详细规定了SPF、PFA（PA）的人体测定方法及广谱防晒（含关键波长法）的判定要求。
其他区域标准：
- 美国食品药品监督管理局（FDA）发布的最终规则（2011年）及后续提案。
- 欧盟委员会建议（2006/647/EC）及其相关COLIPA（现为Cosmetics Europe）指南。

四、检测仪器

模拟日光紫外光源系统：
- 功能：产生光谱分布接近真实太阳光紫外部分（特别是UVA与UVB）的稳定、均匀的辐射光束，是人体法测定的核心设备。
- 构成：通常由高强度氙弧灯或金属卤素灯、光学滤波系统（用于滤除红外线和不需要的波段）、快门、辐射剂量计和用于分束照射的光导纤维或透镜系统组成。系统必须能精确控制和测量照射到皮肤上的紫外线剂量。
紫外透射率分析仪 / 防晒功效光谱仪：
- 功能：专门用于体外法测定防晒产品紫外线透过率或吸光度的仪器。
- 构成：包含氘灯/氙灯光源、单色器或光谱仪、样品台以及积分球检测器。积分球对于准确测量散射性强的含物理防晒剂（如二氧化钛、氧化锌）的产品至关重要，它能收集所有方向透射或反射的光线，避免因散射损失而导致测量值虚高。
标准涂抹装置与模板：
- 功能：确保防晒样品以精确、均匀且可重复的面积密度（2 mg/cm²）涂抹于皮肤或测试基板上。
- 类型：包括精密电子天平（称量法）、定量注射器以及带凹槽的涂抹模具（用于体外板测试）。
紫外辐射计 / 剂量计：
- 功能：实时监测和校准光源输出的紫外线强度，确保每次照射剂量的准确性。通常与光源系统集成，用于控制照射时间以达成目标剂量。
标准测试基板：
- 功能：体外测试中模拟皮肤表面的载体。
- 类型：主要是特定粗糙度（如Synthetic Skin® RD或特定砂纸打磨）的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）板，其表面特性需符合ISO标准，以确保产品涂布膜的状态与真实使用情况相近。
皮肤色度计 / 红斑评估辅助系统：
- 功能：通过测量皮肤红斑指数（a*值）或黑化指数的变化，辅助进行MED或MPPD的客观判读，减少人为主观差异，提高结果的一致性。