Сравнение солнцезащитных очков разных степеней защиты

1. Солнечное излучение

Остановимся немного на теории и стандартах. По своему биологическому действию солнечное излучение неоднородно, поэтому солнечный спектр разделяют на 3 участка: ультрафиолетовое излучение (280–400 нм), видимое излучение (400–760 нм) и инфракрасное излучение (760–2800 нм). Избыточно яркий видимый свет вызывает усталость глаз, а прямой солнечный свет временно ухудшает зрение. Инфракрасное излучение глубже проникает вглубь ткани и может вызывать ожог за счет теплового расширения капилляров, а также помутнение хрусталика.

Наибольшей биологической активностью обладает ультрафиолет. УФ излучение поглощается верхними слоями тканей человека. Выделяют диапазоны ультрафиолета, отличающиеся видом биологической активности: А (UVA, 400–315 нм), B (UVB, 315–280 нм) и C (UVC, 280–100 нм). UVA отвечает за загар и преждевременное старение глаз, а UVB участвует в формировании витамина D, может вызывать загар и раздражение роговицы глаз. Излучение UVC вызывает мутации и является канцерогенным, поскольку в него попадают полосы поглощения ДНК и РНК (240–280 нм), Кванты диапазона UVC, обладая наибольшей энергией из квантов оптического диапазона, способны повреждать биологические мембраны (например, оболочки клеток).

Также известно, что на высоте интенсивность излучения выше. Это вызвано уменьшением толщины атмосферы над наблюдателем. Так, например, на высоте 5 км эквивалентная толщина поглощающего слоя, как и атмосферное давление, падает примерно вдвое. Состав солнечного спектра также меняется от высоты, т.к. разные длины волн по-разному поглощаются атмосферой. Так, на больших высотах появляются дополнительные полосы в ИК диапазоне, которые на уровне моря полностью поглощаются парами воды, а также усиливается излучение диапазона UVC. Излучение других диапазонов либо поглощается в верхних слоях атмосферы, либо не поглощается вообще, и присутствует спектре в том же количестве, что и на уровне моря.

2. Стандарты на солнцезащитные очки

Российский ГОСТ Р 51831-2001 «Очки солнцезащитные. Общие технические требования» классифицирует очки по прозрачности в диапазоне 380–760 нм, требуя пропускание в диапазоне UVB не выше 10% от пропускания в видимом и не выше 50–100% в UVA диапазоне, и пропускание в ИК диапазоне не выше 100% пропускания в видимом диапазоне. В соответствии с американским стандартом ANSI Z80.3-2101 линзы должны иметь в диапазоне UVB пропускание не более 1% и в диапазоне UVA пропускание не более чем 30% от пропускания в видимой области.

Наиболее распространен европейский стандарт, устанавливающий 5 категорий фильтров, соответствующих степени пропускания видимого излучения (S0–S4).




Категории пропускания видимого излучения. Взято из инструкции к очкам «Alpine».




Защита от УФ излучения по европейскому стандарту имеет четыре категории защиты и обозначается маркой «CE»: 0 (неэффективная защита), 2, 6 и 7 (полная защита). Категория 7 на длине волны 380 нм должна пропускать не более 5%. Таким образом, все требования стандартов к УФ ограничиваются длиной волны 380 нм. Ряд стран (включая США) и экспертов считают, что излучение UVA и UVB должно быть блокировано до 400 нм на 99–100%. Такой стандарт называется UV400.

3. Материалы, используемые для изготовления очков

Обычное неорганическое стекло обеспечивает достаточную защиту от ультрафиолета B и C, и от основной части ИК излучения, поскольку пропускает только в диапазоне 300–2000 нм. Однако стекло не отличается достаточной прочностью и крошится при разрушении, представляя большую опасность для глаз, поэтому в настоящее время линзы для солнцезащитных очков изготавливают из полимеров. Самые распространенные – поликарбонат (на основе бисфенола А) и пластик CR-39, они меньше весят и безопаснее при активном отдыхе. Кроме того, поликарбонат – очень распространенный материал, из него же изготавливаются компакт-диски. Поэтому технология его производства дешевая и хорошо отработанная.

Оба пластика схожи по свойствам со стеклом – пропускают 80% в ближнем ИК диапазоне, практически полностью прозрачны во всем видимом диапазоне и имеют резкую границу пропускания в районе 300 нм.




Спектр пропускания поликарбоната (фрагмент основы компакт-диска без покрытий); спектрофотометр Shimadzu UV3600.




Для создания солнцезащитных линз в пластики вводят добавки или наносят покрытия, снижающие пропускание. При этом все приведенные ранее стандарты оговаривают, что пропускание в ИК или УФ диапазоне не может превышать определенной доли от пропускания в видимом диапазоне. Это имеет физиологическое обоснование – зрачок реагирует на интенсивность света в видимом диапазоне, поэтому затемненные линзы, пропускающие невидимое излучение, гораздо опаснее, чем обычные прозрачные линзы.

4. Тест

Тестируемые экземпляры

1. Alpina Sibiria. Производство – Alpina, Германия (2008–2009 гг.). Назначение – альпинистские, материал линз – полимер неизвестного типа, нанесено зеркальное напыление (маркировано как "ceramic mirror"). По заявлению производителя зеркальное напыление поглощает ИК излучение. Заявленный класс защиты – S4, UV400. Новые.

2. Cebe SPOT 1500 MC. Производство – Cebe, Франция (2005–2006 гг.). Назначение – спортивные, альпинистские, материал линз – поликарбонат. Заявленный класс защиты – S4. Год активной эксплуатации.

3. BBB BSG-21 Сruiser. Производитель – BBB, Нидерланды (2008–2009 гг.), Назначение – спортивные, материал линз – поликарбонат, заявленный класс защиты – S3, UV400. Новые.

4. Christelle 2458 320-D428. Производитель – Yingchang Glasses Industrial Co., LTD., Китай. Назначение – недорогие модные очки, производитель заявляет полное соответствие международным стандартам и 100% защиту от УФ. Эксплуатировались мало.

5. Диоптрийные очки с полимерными линзами Carl Zeiss с просветляющим покрытием. Материал линз неизвестен.

6. Линзы от велоочков Polaris «Kir Royale. Black» и «Kir Royale. Titanium Silver» (2007 год). Класс защиты неизвестен, заметны потертости поверхности. 2 года эксплуатации.

7. Маска горнолыжная Oakley «Crowbar», тип и характеристики линзы неизвестны. Год выпуска 2008. Один год эксплуатации.

8. Маска горнолыжная Swans Polarized, год выпуска 2009. Заявленная полная защита от УФ. Новая.

9. Поликарбонат (основа компакт-диска без отражающего слоя) – для сравнения.




Внешний вид нескольких тестируемых очков. Слева, сверху вниз: Alpina Sibiria, BBB BSG-21 Сruiser, Cebe SPOT 1500 MC, линзы Polaris «Kir Royale. Black» и «Kir Royale. Titanium Silver». Справа, сверху вниз: Christelle 2458 320-D428, Oakley «Crowbar», Swans Polarized.




Результаты тестирования

Пропускание очков было измерено на спектрофотометре Evolution 300 (Thermo Scientific), в отличие от большинства подобных приборов имеющем кюветное отделение, достаточно большое для помещения в него очков. Летом 2009 года были измерены спектры пропускания первой партии очков, весной 2010 – второй.




Спектры пропускания первой партии очков в линейном (слева) и логарифмическом (справа) масштабе.







Спектры пропускания второй партии очков в линейном (слева) и логарифмическом (справа) масштабе.




Лучшие результаты – у Depose и Alpine, но и они не совсем соответствуют заявленным классам защиты S4, приз «за честность производителя» достается BBB.

Depose показывают равномерное поглощение в видимом диапазоне и подавляют вдобавок весь инфракрасный свет, что и предписывает класс S4. Недостатком можно считать то, что пропускание УФ достигает 1% на длине волны 380 нм. Это соответствует стандартам, но не удовлетворяет рекомендациям UV400.

Alpine демонстрируют немного меньшую равномерность поглощения в видимом диапазоне и резкую границу поглощения на УФ границе (400 нм), что также соответствует классу S4. Но они пропускают лишнее ИК излучение, переходя в этом диапазоне в класс S3 (несмотря на рекламируемое напыление).

BBB характеризуется столь же четкой границей с УФ диапазоном, равномерным поглощением в видимом диапазоне, и небольшим ростом пропускания в ИК диапазоне. Полное соответствие классу S3.

Christelle отличаются нечеткой границей поглощения в УФ диапазоне (но лучше чем у Depose), совершенно неравномерным пропусканием видимого излучения (что должно приводить к искажению цветов), и значительным ростом пропускания ИК. Выглядит как небрежно выполненные по классу S2, и бессмысленно затемненные местами по S3. Для дешевых очков неудивительно.

Swans окрашивает все в красноватые цвета, поскольку хорошо пропускает как красный свет, так и ИК излучение. УФ блокирует полностью.

Полупрозрачные линзы Polaris light пропускают 2/10000 УФ излучения, что в пределах допустимого, линзы Polaris dark показывают лучшие результаты после Depose в ИК диапазоне. Равномерное пропускание в видимом диапазоне.

Oakley соответствуют стандарту UV400, пропускание в видимом и ИК диапазонах соответствует S2.

Диоптрийные очки пропускают часть излучения UVC и защищает немного лучше обычного стекла.

Подложка компакт-диска, взятая как тестовый образец, показывает максимальное пропускание относительно всех других образцов. Можно утверждать, что все солнцезащитные очки защищают лучше, чем неспециализированные, следовательно, прошли хоть какую-то дополнительную обработку в виде введения добавок или напыления покрытия.

Также весной 2010 года с целью обнаружить признаки старения материала были повторно исследованы очки из первой партии. Существенных изменений обнаружено не было за исключением очков Christelle. Как видно из приведенного рисунка, за год у них существенно выросло пропускание. Возможно, это вызвано старением пластика из-за отсутствия стабилизирующих добавок.




Спектры пропускания очков Christelle, измеренные с интервалом в один год (в 2009 и 2010 гг).

5. Выводы

Акцентируемая большинством продавцов способность поглощать УФ излучение оказывается весьма бесполезной, поскольку все испытанные солнцезащитные очки успешно поглощают УФ (в принципе, к такому же выводу пришли на НТВ, см. сюжет Дешевые и дорогие темные очки прошли испытание, или в ЖЖ-сообществе китайских товаров ru_sku: Проверка очков с DX на защиту от ультрафиолета). Разница в биологическом действии излучения на длинах волн 380 и 400 нм, вполне возможно, принципиального значения не имеет, поскольку это не отражено в государственных стандартах.

Гораздо более слабым местом у них оказались пропускание в ИК области, а для некоторых и неравномерность пропускания по спектру (не говоря уж об изменении спектра пропускания одним экземпляром). Поэтому стоит подходить с повышенным вниманием к выбору очков для сложных (экстремальных) условий, т.к. заявленные параметры могут не соответствовать реальным свойствам даже у известных производителей.

Автор благодарит к.ф.-м.н. Вениаминова Андрея Викторовича за проведение спектральных измерений, а также пользователей RISK - Глеба "Machiavelli" и Константина "Rumm" за предоставленные экземпляры очков.

Полезные ссылки:

Солнечная радиация

Солнечный свет

Ультрафиолетовое излучение

Солнцезащитные очки

Материалы для линз

Поликарбонат

CR-39


Парфенов Петр Сергеевич, к.т.н., НИУ ИТМО.

P.S. В описании очков Alpina исправлен материал линз с керамики на полимер.