Wie funktionieren UV-Filter?

Noch immer kursiert gemeinhin die Annahme, chemische und physikalische UV-Filter würden grundlegend unterschiedlich wirken. Die einen über Absorption, die anderen über Streuung und Reflexion. Doch diese Annahme ist längst (wissenschaftlich) überholt. So funktionieren UV-Filter wirklich!

Was passiert mit UV-Strahlung, wenn sie gefiltert wird?

Absorption, Reflexion oder Streuung – diese physikalischen Prinzipien beschreiben, was mit (UV-)Strahlung passiert, wenn sie auf ein Material, eine Oberfläche oder ein Molekül trifft.

Absorption

Im Falle der Absorption wird die Energie der eintretenden Strahlung durch die Transmission, also das Durchtreten der Strahlung durch ein geeignetes Medium, abgeschwächt. Aus sehr energiereicher Strahlung wird energieärmere Strahlung (z. B. Wärmestrahlung), denn das Medium kann einen Teil der eingestrahlten Energie aufnehmen und in anderer Form wieder abgeben.

Reflexion

Reflexion beschreibt das Zurückwerfen von Strahlung an der Oberfläche bzw. dem angestrahlten Material.

Streuung

Beschreibt die Ablenkung von Strahlung, woraus häufig Strahlung mit anderen Eigenschaften resultiert. Ein Beispiel für Streuung des Sonnenlichts kann man z. B. gut am Himmel beobachten. Unsere Atmosphäre enthält verschiedene Gasteilchen, an denen sich die Sonnenstrahlen streuen. Je nachdem wie die Sonne steht und wie stark die Intensität der einzelnen Lichtanteile des Sonnenlichts sind, überwiegen entweder die blauen oder rot bis violetten Anteile des Sonnenlichts – sprich der Himmel erscheint für uns entweder blau oder auch rötlich-violett, wie man es bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang beobachten kann.

Wie wirken physikalische und chemische UV-Filter?

Auf die Wirkungsweise chemischer und physikalischer UV-Filter angesprochen, waren sich die Fachkreise lange einig: Anorganische Filter wehren UV-Strahlung durch Reflexion oder Streuung ab, während organische Filter nach den Regeln der Absorption funktionieren. Zum gegenwärtigen Standpunkt ist jedoch klar, dass das nicht die ultimative Wahrheit ist. Stattdessen häufen sich die Annahmen, dass auch anorganische Filter nach den Regeln der Absorption spielen können [1].

Funktionsweise: Chemische UV-Filter

Chemische UV-Filter haben einen molekularen Aufbau, der es ihnen erlaubt, Strahlung aufnehmen zu können. Trifft UV-Strahlung auf die molekularen Strukturen (z. B. Doppelbindungen), wird diese absorbiert und in Form von Wärmeenergie wieder freigesetzt. Die Menge der resultierenden Wärmestrahlung ist jedoch so gering und macht sich nicht spürbar auf der Haut bemerkbar.

In manchen Fällen kann der organische/chemische UV-Filter die absorbierte Energie jedoch nicht in Form von Wärmeenergie freisetzten. Ist das der Fall, verformt sich das Molekül unter dem Einfluss der UV-Strahlung. Dabei verändert sich die molekulare Struktur des Filters. Diese Veränderung kann weitreichende Folgen haben, z. B. kann der UV-Schutz unvollständig oder abgeschwächt ausfallen und in manchen Fällen können die veränderten UV-Filter sogar sensibilisierend-irritierende Wirkungen auf die Haut haben.

Wann immer sich UV-Filter nach Bestrahlung verformen und Änderungen in ihrer Molekülstruktur aufweisen, spricht man von Photoinstabilität. Ein typischer photoinstabiler Filter ist z. B. Avobenzone [2].

Funktionsweise: Physikalische UV-Filter

Wie physikalische Filter auf UV-Strahlung reagieren, hängt vor allem von der Frequenz des eingestrahlten UV-Lichts ab:

• UVA-Strahlung mit einer Wellenlänge von ca. 315-340 nm wird vor allem reflektiert
• UVB-Strahlung mit einer Wellenlänge von ca. 280-315 nm wird überwiegend absorbiert. Nur etwa 5 % des UVB Lichts wird tatsächlich reflektiert [1].

Hier weiterlesen zu chemischen und physikalischen UV-Filtern, mit Produktbeispielen

Literaturangaben

[1] Cole et al., Metal oxide sunscreens protect skin by absorption, not by reflection or scattering. Photodermatol Photoimmunol Photomed. 2016 Jan;32(1):5-10.

[2] Afonso et al., Photodegradation of avobenzone: stabilization effect of antioxidants. J Photochem Photobiol B. 2014 Nov;140:36-40.