光纖光譜儀在防曬產品抗紫外線性能測試中的應用研究

吳榮琴，曾佳歡

(福建師范大學閩南科技學院，福建泉州362332)

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

市面上的防曬產品琳瑯滿目，總的來說，大致可分為兩種——物理防曬產品和化學防曬產品。物理防曬產品主要是通過對太陽光的反射和阻擋來達到防曬的目的，例如遮陽傘、墨鏡等。化學防曬產品的主要作用體現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釋放出來，將紫外線對皮膚的傷害降到最低，例如防曬霜。

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

1 光纖光譜儀對防曬霜抗紫外線性能測試

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 實驗裝置

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

圖1 實驗裝置簡圖

圖2 實驗裝置實物圖

1.3 實驗方法

本實驗采用3種碧柔牌防曬霜作為測試樣品，均為PA++，SPF值分別為25、30、50。首先，按照實驗裝置圖連接紫外光源、準直鏡、光纖光譜儀。然后，運行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下將黑背景保存并記錄。之后打開紫外光源，在光纖準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，為了加強紫外線光纖光源的光照度，需要預熱30 min，待光源達到一定強度時調節光纖光譜儀和適當的積分時間，讓光譜強度保持在4 000左右，沒有明顯波動后保存白背景[5]。最后，將標準白板撤離，換上防曬霜測試樣品，并保證相同測試距離，使用吸收率測量模式測量樣品吸光度。

1.4 實驗結果及討論

同一品牌、不同SPF的防曬霜的防曬性能測定結果如圖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。這與產品的防曬性能生產指標基本一致。

圖3 不同SPF值的防曬霜防曬性能

2 光纖光譜儀對遮陽傘抗紫外線性能測試

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+(為了便于實驗，分別將3種遮陽傘裁剪出6 cm×6 cm的樣品進行測試)。

2.2 實驗裝置

實驗裝置由光纖光譜儀、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 遮陽傘吸光度測試實驗裝置圖

圖5 遮陽傘透過率測試實驗裝置圖

2.3 實驗方法

將白光源、準直鏡、愛萬提斯光纖光譜儀和積分球按照實驗裝置圖連接，打開Avasoft 7.5軟件，啟動光纖光譜儀，記錄黑背景。打開標準光纖白光源，調節光纖準直鏡與積分球采樣口的高度使它們在同一水平線上，并保證光束垂直射入采樣口，為了加強標準光纖白光源的光照度需要預先加熱30 min，待光源達到一定的強度時，調節光纖光譜儀和適當的積分時間讓光譜強度保持在4000左右，不再浮動后保存白背景。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，使用吸收測量模式測量樣品的吸光度，之后使用透過率測量模式測量樣品光透過率。每個樣品分別測試3次，最終利用3次測試結果計算平均值。

2.4 結果及討論

遮陽傘的吸光度和透過率測試結果分別如圖6、圖7所示。 從實驗結果可知，同一品牌不同材質的遮陽傘的防曬性能不同。通過對3種不同材質的遮陽傘樣品的測試結果進行比較可得：(1)就吸光度而言，在UVB區和UVA區，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)從透過率測試的結果看，3種樣品在UVB波段的透過率較高，達到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 不同材質遮陽傘吸光度分析

圖7 不同材質遮陽傘透過率分析

從測試結果看，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。總體而言，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等級基本一致。

3 結論

在本實驗中，利用防曬產品的吸光度和透過率對其本體在UVB波段和UVA波段進行光譜分析，能夠有效地反映出防曬產品的抗紫外線性能，說明采用光纖光譜儀進行測試防曬產品的抗紫外線性能能夠有效地鑒別不同防曬指數或不同材質的防曬產品[6]，可見這個方法可以作為測定和評價防曬產品防曬功效的有效方式。