光纤光谱仪在防晒产品抗紫外线性能测试中的应用研究

吴荣琴，曾佳欢

(福建师范大学闽南科技学院，福建泉州362332)

随着物质生活水平的不断提高，人们对防晒的意识不断加强。研究表明，能透射表皮层的紫外线属于UVB区中的紫外线(中波紫外线，波长280～320 nm)，这种紫外线能够使人的皮肤晒红。而真正对人类皮肤造成损伤的是处于UVA区的紫外线(长波紫外线，波长320～400 nm)，它能透射进真皮，使皮肤不断地处于退化过程，人的肤色就会慢慢变黑[1]。

市面上的防晒产品琳琅满目，总的来说，大致可分为两种——物理防晒产品和化学防晒产品。物理防晒产品主要是通过对太阳光的反射和阻挡来达到防晒的目的，例如遮阳伞、墨镜等。化学防晒产品的主要作用体现在皮肤吸收紫外线之后，通过某种方式将其以较低能量的形态释放出来，将紫外线对皮肤的伤害降到最低，例如防晒霜。

目前，对于防晒霜的性能测定，人体皮试测定防晒因子(SPF值)[2]的方法和测定紫外吸光度[3]的方法是较先进的，但是这两种测试方法存在一定的局限性。运用光纤光谱仪对防晒产品抗紫外线性能测试是一个新颖且有意义的课题，为了更好地对防晒霜的防晒性能进行评估，有必要对防晒霜的光谱特性进行探究[4]。本研究通过测试不同种类防晒产品的光学指标，鉴别不同种类防晒产品的指标和作用，并建立防晒产品抗紫外线性能评定的新方法。

1 光纤光谱仪对防晒霜抗紫外线性能测试

1.1 仪器与样品的选择

AvaSpec-EDU光纤光谱仪(北京爱万提斯科技有限公司)，SPF分别为25、30、50的碧柔防晒霜样品，采用Avasoft 7.5操作软件。

1.2 实验装置

实验装置由光纤光谱仪、AvaLight-DHc 氘-卤钨灯光源(200～400 nm)、被测样品等组成(图1、图2)，采用Avasoft 7.5操作软件。

图1 实验装置简图

图2 实验装置实物图

1.3 实验方法

本实验采用3种碧柔牌防晒霜作为测试样品，均为PA++，SPF值分别为25、30、50。首先，按照实验装置图连接紫外光源、准直镜、光纤光谱仪。然后，运行Avasoft 7.5软件，打开爱万提斯光纤光谱仪，在不打开光纤光源的状态下将黑背景保存并记录。之后打开紫外光源，在光纤准直镜与白板之间选择较为适合的距离，并保证光束垂直射入白板，为了加强紫外线光纤光源的光照度，需要预热30 min，待光源达到一定强度时调节光纤光谱仪和适当的积分时间，让光谱强度保持在4 000左右，没有明显波动后保存白背景[5]。最后，将标准白板撤离，换上防晒霜测试样品，并保证相同测试距离，使用吸收率测量模式测量样品吸光度。

1.4 实验结果及讨论

同一品牌、不同SPF的防晒霜的防晒性能测定结果如图3所示。在UVB波段，SPF25防晒霜在290 nm处的吸光度介于SPF30与SPF50防晒霜的吸光度之间，在290 nm之后防晒霜的SPF值越高，其吸光度也越高。在UVA波段，防晒霜的吸光度随着SPF值升高。这与产品的防晒性能生产指标基本一致。

图3 不同SPF值的防晒霜防晒性能

2 光纤光谱仪对遮阳伞抗紫外线性能测试

2.1 仪器与样品的选择

AvaSpec-EDU光纤光谱仪(北京爱万提斯科技有限公司)；Avasoft 7.5操作软件；天堂牌彩胶、黑胶、银胶遮阳伞，UPF值分别为50+、50+、40+(为了便于实验，分别将3种遮阳伞裁剪出6 cm×6 cm的样品进行测试)。

2.2 实验装置

实验装置由光纤光谱仪、白光光源、AvaLight-DHc 氘-卤钨灯光源(200～400 nm)、被测样品等组成(图4、图5)，采用Avasoft 7.5操作软件。

图4 遮阳伞吸光度测试实验装置图

图5 遮阳伞透过率测试实验装置图

2.3 实验方法

将白光源、准直镜、爱万提斯光纤光谱仪和积分球按照实验装置图连接，打开Avasoft 7.5软件，启动光纤光谱仪，记录黑背景。打开标准光纤白光源，调节光纤准直镜与积分球采样口的高度使它们在同一水平线上，并保证光束垂直射入采样口，为了加强标准光纤白光源的光照度需要预先加热30 min，待光源达到一定的强度时，调节光纤光谱仪和适当的积分时间让光谱强度保持在4000左右，不再浮动后保存白背景。最后将遮阳伞样品固定在积分球入光口之前，并让光源垂直透过，使用吸收测量模式测量样品的吸光度，之后使用透过率测量模式测量样品光透过率。每个样品分别测试3次，最终利用3次测试结果计算平均值。

2.4 结果及讨论

遮阳伞的吸光度和透过率测试结果分别如图6、图7所示。 从实验结果可知，同一品牌不同材质的遮阳伞的防晒性能不同。通过对3种不同材质的遮阳伞样品的测试结果进行比较可得：(1)就吸光度而言，在UVB区和UVA区，彩胶伞样品的吸光度较高，黑胶伞次之，银胶伞最低。三者的吸光度在320 nm左右都达到最高峰。此外，黑胶伞样品在可见光部分具有一定的吸光度，这可能是由于黑胶伞颜色最深的原因。(2)从透过率测试的结果看，3种样品在UVB波段的透过率较高，达到10%以上，在UVA波段的透过率较低，处于1%至2%之间，其中黑胶伞样品的透过率最低，彩胶伞和银胶伞次之。

图6 不同材质遮阳伞吸光度分析

图7 不同材质遮阳伞透过率分析

从测试结果看，黑胶伞样品能够阻隔大部分的紫外线，且其在UVA波段的透过率仅为1%左右，UPF值为50+，防晒性能较好。总体而言，3种样品的抗紫外线性能由高到低是黑胶、彩胶、银胶，这与遮阳伞样品的防护等级基本一致。

3 结论

在本实验中，利用防晒产品的吸光度和透过率对其本体在UVB波段和UVA波段进行光谱分析，能够有效地反映出防晒产品的抗紫外线性能，说明采用光纤光谱仪进行测试防晒产品的抗紫外线性能能够有效地鉴别不同防晒指数或不同材质的防晒产品[6]，可见这个方法可以作为测定和评价防晒产品防晒功效的有效方式。