光纖光譜儀在防曬產(chǎn)品抗紫外線性能測(cè)試中的應(yīng)用研究

吳榮琴，曾佳歡

(福建師范大學(xué)閩南科技學(xué)院，福建泉州362332)

隨著物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們對(duì)防曬的意識(shí)不斷加強(qiáng)。研究表明，能透射表皮層的紫外線屬于UVB區(qū)中的紫外線(中波紫外線，波長280～320 nm)，這種紫外線能夠使人的皮膚曬紅。而真正對(duì)人類皮膚造成損傷的是處于UVA區(qū)的紫外線(長波紫外線，波長320～400 nm)，它能透射進(jìn)真皮，使皮膚不斷地處于退化過程，人的膚色就會(huì)慢慢變黑[1]。

市面上的防曬產(chǎn)品琳瑯滿目，總的來說，大致可分為兩種——物理防曬產(chǎn)品和化學(xué)防曬產(chǎn)品。物理防曬產(chǎn)品主要是通過對(duì)太陽光的反射和阻擋來達(dá)到防曬的目的，例如遮陽傘、墨鏡等?；瘜W(xué)防曬產(chǎn)品的主要作用體現(xiàn)在皮膚吸收紫外線之后，通過某種方式將其以較低能量的形態(tài)釋放出來，將紫外線對(duì)皮膚的傷害降到最低，例如防曬霜。

目前，對(duì)于防曬霜的性能測(cè)定，人體皮試測(cè)定防曬因子(SPF值)[2]的方法和測(cè)定紫外吸光度[3]的方法是較先進(jìn)的，但是這兩種測(cè)試方法存在一定的局限性。運(yùn)用光纖光譜儀對(duì)防曬產(chǎn)品抗紫外線性能測(cè)試是一個(gè)新穎且有意義的課題，為了更好地對(duì)防曬霜的防曬性能進(jìn)行評(píng)估，有必要對(duì)防曬霜的光譜特性進(jìn)行探究[4]。本研究通過測(cè)試不同種類防曬產(chǎn)品的光學(xué)指標(biāo)，鑒別不同種類防曬產(chǎn)品的指標(biāo)和作用，并建立防曬產(chǎn)品抗紫外線性能評(píng)定的新方法。

1 光纖光譜儀對(duì)防曬霜抗紫外線性能測(cè)試

1.1 儀器與樣品的選擇

AvaSpec-EDU光纖光譜儀(北京愛萬提斯科技有限公司)，SPF分別為25、30、50的碧柔防曬霜樣品，采用Avasoft 7.5操作軟件。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置由光纖光譜儀、AvaLight-DHc 氘-鹵鎢燈光源(200～400 nm)、被測(cè)樣品等組成(圖1、圖2)，采用Avasoft 7.5操作軟件。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)采用3種碧柔牌防曬霜作為測(cè)試樣品，均為PA++，SPF值分別為25、30、50。首先，按照實(shí)驗(yàn)裝置圖連接紫外光源、準(zhǔn)直鏡、光纖光譜儀。然后，運(yùn)行Avasoft 7.5軟件，打開愛萬提斯光纖光譜儀，在不打開光纖光源的狀態(tài)下將黑背景保存并記錄。之后打開紫外光源，在光纖準(zhǔn)直鏡與白板之間選擇較為適合的距離，并保證光束垂直射入白板，為了加強(qiáng)紫外線光纖光源的光照度，需要預(yù)熱30 min，待光源達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)調(diào)節(jié)光纖光譜儀和適當(dāng)?shù)姆e分時(shí)間，讓光譜強(qiáng)度保持在4 000左右，沒有明顯波動(dòng)后保存白背景[5]。最后，將標(biāo)準(zhǔn)白板撤離，換上防曬霜測(cè)試樣品，并保證相同測(cè)試距離，使用吸收率測(cè)量模式測(cè)量樣品吸光度。

1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

同一品牌、不同SPF的防曬霜的防曬性能測(cè)定結(jié)果如圖3所示。在UVB波段，SPF25防曬霜在290 nm處的吸光度介于SPF30與SPF50防曬霜的吸光度之間，在290 nm之后防曬霜的SPF值越高，其吸光度也越高。在UVA波段，防曬霜的吸光度隨著SPF值升高。這與產(chǎn)品的防曬性能生產(chǎn)指標(biāo)基本一致。

圖3 不同SPF值的防曬霜防曬性能

2 光纖光譜儀對(duì)遮陽傘抗紫外線性能測(cè)試

2.1 儀器與樣品的選擇

AvaSpec-EDU光纖光譜儀(北京愛萬提斯科技有限公司)；Avasoft 7.5操作軟件；天堂牌彩膠、黑膠、銀膠遮陽傘，UPF值分別為50+、50+、40+(為了便于實(shí)驗(yàn)，分別將3種遮陽傘裁剪出6 cm×6 cm的樣品進(jìn)行測(cè)試)。

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置由光纖光譜儀、白光光源、AvaLight-DHc 氘-鹵鎢燈光源(200～400 nm)、被測(cè)樣品等組成(圖4、圖5)，采用Avasoft 7.5操作軟件。

圖4 遮陽傘吸光度測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置圖

圖5 遮陽傘透過率測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置圖

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

將白光源、準(zhǔn)直鏡、愛萬提斯光纖光譜儀和積分球按照實(shí)驗(yàn)裝置圖連接，打開Avasoft 7.5軟件，啟動(dòng)光纖光譜儀，記錄黑背景。打開標(biāo)準(zhǔn)光纖白光源，調(diào)節(jié)光纖準(zhǔn)直鏡與積分球采樣口的高度使它們?cè)谕凰骄€上，并保證光束垂直射入采樣口，為了加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)光纖白光源的光照度需要預(yù)先加熱30 min，待光源達(dá)到一定的強(qiáng)度時(shí)，調(diào)節(jié)光纖光譜儀和適當(dāng)?shù)姆e分時(shí)間讓光譜強(qiáng)度保持在4000左右，不再浮動(dòng)后保存白背景。最后將遮陽傘樣品固定在積分球入光口之前，并讓光源垂直透過，使用吸收測(cè)量模式測(cè)量樣品的吸光度，之后使用透過率測(cè)量模式測(cè)量樣品光透過率。每個(gè)樣品分別測(cè)試3次，最終利用3次測(cè)試結(jié)果計(jì)算平均值。

2.4 結(jié)果及討論

遮陽傘的吸光度和透過率測(cè)試結(jié)果分別如圖6、圖7所示。 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，同一品牌不同材質(zhì)的遮陽傘的防曬性能不同。通過對(duì)3種不同材質(zhì)的遮陽傘樣品的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較可得：(1)就吸光度而言，在UVB區(qū)和UVA區(qū)，彩膠傘樣品的吸光度較高，黑膠傘次之，銀膠傘最低。三者的吸光度在320 nm左右都達(dá)到最高峰。此外，黑膠傘樣品在可見光部分具有一定的吸光度，這可能是由于黑膠傘顏色最深的原因。(2)從透過率測(cè)試的結(jié)果看，3種樣品在UVB波段的透過率較高，達(dá)到10%以上，在UVA波段的透過率較低，處于1%至2%之間，其中黑膠傘樣品的透過率最低，彩膠傘和銀膠傘次之。

圖6 不同材質(zhì)遮陽傘吸光度分析

圖7 不同材質(zhì)遮陽傘透過率分析

從測(cè)試結(jié)果看，黑膠傘樣品能夠阻隔大部分的紫外線，且其在UVA波段的透過率僅為1%左右，UPF值為50+，防曬性能較好?？傮w而言，3種樣品的抗紫外線性能由高到低是黑膠、彩膠、銀膠，這與遮陽傘樣品的防護(hù)等級(jí)基本一致。

3 結(jié)論

在本實(shí)驗(yàn)中，利用防曬產(chǎn)品的吸光度和透過率對(duì)其本體在UVB波段和UVA波段進(jìn)行光譜分析，能夠有效地反映出防曬產(chǎn)品的抗紫外線性能，說明采用光纖光譜儀進(jìn)行測(cè)試防曬產(chǎn)品的抗紫外線性能能夠有效地鑒別不同防曬指數(shù)或不同材質(zhì)的防曬產(chǎn)品[6]，可見這個(gè)方法可以作為測(cè)定和評(píng)價(jià)防曬產(chǎn)品防曬功效的有效方式。