化妝品行業儀器應用方案——防曬化妝品合格性檢測

 

一、概述

對每個女性來說，美白和防曬是永遠的話題。防曬化妝品是具有吸收紫外作用、減輕因日曬引起皮膚損傷功能的化妝品。本文主要建立了防曬化妝品的固體紫外光譜分析評價方法。以市售的不同品牌防曬指數的化妝品為分析模型，使用配備積分球的紫外光譜儀測定接近真實使用狀態下的防曬化妝品透射和反射紫外光譜，分別探究化妝品對紫外線的遮擋作用和使用的美觀性。

二、方案原理

防曬化妝品抵擋紫外線一般有兩種機制：

1.化學吸收，通過加入紫外吸收物質吸收紫外線，常用的紫外吸收物質有對氨基苯甲酸及其衍生物，肉桂酸等；

2.物理反射，利用分散的固體顆粒物的反射作用，屏蔽紫外線，常用的有二氧化鈦和氧化鋅。

市售的化妝品防曬霜的主要通過防曬指數（Sun Protection Factor, SPF）來標識防曬能力。防曬指數是指在涂有防曬劑防護的皮膚上產生最小紅斑所需能量（最小紅斑量， MED）與未加任何防護的皮膚上產生相同程度紅斑所需能量之比值。國家食品藥品監督管理總局（CFDA）推薦采用可以連續產生波長為290nm~400nm 的紫外線的日光模擬器照射實驗志愿者，觀察暴露出皮膚的紅斑和色素沉著情況得出防曬指數。該測定方法全面直接，實驗條件真實，但是實驗過程長，測試費用高，需要經過專業培訓的人員并耗費大量時間和勞動; 重復性差；大劑量照射會對參加測試人員的皮膚造成損害，需要嚴格受試志愿者篩選和核查，成本高。

目前對防曬化妝品的研究一般采用色譜方法和紫外可見光譜法。色譜方法側重于對防曬化妝品化學紫外吸收劑的篩查和含量分析，該類方法側重于成分分析，對防曬效果考察較少；紫外光譜法主要測定化學防曬劑溶液或者溶液稀釋的防曬化妝品的紫外光譜，該類方法側重于研究化學防曬而忽略了物理防曬效果的評價，檢測過程中防曬化妝品的溶劑化處理與實際使用情況不符。

防曬化妝品一般呈現膠狀或者乳液狀涂抹于皮膚表面，采用分光光度計研究其光譜性質要充分考慮非溶液狀態下防曬化妝品對光吸收和反射的非均勻性。配置積分球組件的分光光度計可以測定非溶液狀態下樣品的透射和反射光譜（圖1）。

圖1 積分球測定透射和反射光路

積分球是一種常用的光學組件，它的主要作用是作為光收集器，非平行光通過采樣口進入積分球，具有各向異性的樣品光束在積分球內進行全方位多次反射后，最后一個被平均化了的光信號被引入到檢測器。積分球-分光光度計技術目前已廣泛應用于催化劑，涂料，反射膜等固體材料的表征和研究。本工作擬采用積分球-分光光度計技術研究膠體類的防曬化妝品紫外透射光譜，綜合考察防曬化妝品通過化學和物理作用對紫外線的整體遮蔽效果；同時結合紫外-可見光反射光譜的分析，評價防曬化妝品的美化效果。

三、實驗部分

1.儀器與試劑

紫外可見分光光度計，積分球附件ISR-3100，石英片（40mm×10mm×1mm），硅膠墊（直徑22mm），品牌A防曬霜（SPF15），品牌B防曬霜（SPF20），品牌C防曬霜（SPF25），品牌D防曬霜（SPF30），移液器，電子天平。

2 實驗條件

2.1透射率的測量

取適量的防曬化妝品涂抹于石英片上，用玻璃棒涂勻后，將石英片置于積分球和光源之間測量固體透射透射率，平行測定5次。掃描波長范圍：190~400 nm，掃描速度：中，狹縫寬度：8 nm，硫酸鋇為空白板。

以同樣檢測條件，測定同種防曬化妝品紫外光譜透射率隨使用量增加的變化趨勢。

2.2反射率的測量

取適量防曬化妝品均勻涂抹于硅膠墊上，樣品置于積分球漫反射和鏡面反射位置分別測量防曬化妝品的反射率，掃描波長范圍：190~800 nm，掃描速度：中，狹縫寬度：8nm，空白硅膠墊為空白板。

以同樣檢測條件，測定同種防曬化妝品紫外光譜反射率隨使用量增加的變化趨勢。

3 結果與討論

3.1 防曬化妝品的紫外透射率

防曬化妝品的主要功能是“遮蔽”紫外線，透射率譜圖能夠反映出最終穿過防曬霜到達皮膚的紫外線強度，透射率越高，防曬用品的遮蔽效果越差。透射光譜實驗表明(圖2A) 4種防曬化妝品對250~400 nm區間紫外線均有很好的吸收和遮擋。不同品牌防曬化妝品的透射光譜不同，主要區別在于不同樣品對長波紫外線UVA波段(320~400 nm)的遮擋作用有明顯差別。

例如：SPF15與SPF20防曬品在UVB波段(270~320 nm)的透射光譜幾乎重合，但是在UVA波段，SPF15的樣品透射率較低，說明其對紫外線的遮擋作用明顯弱于SPF20防曬品。

4種化妝品的最低透射率區均在300 nm附近，為了驗證固體紫外光譜方法的重復性，分別測定每個品牌化妝品涂抹的石英片在300 nm處的透光率（獨立測定5次），結果表明除了SPF15的化妝品之外，各樣品在300 nm處的透光率與其SPF值存在負相關，即300 nm處透射比越大，SPF值越小。

說明SPF值越大的化妝品對紫外光譜的遮蔽效應越明顯，這與化妝品的真實效應相符，同時也驗證了使用本法進行防曬化妝品的檢驗和評價是可行和可靠的。

SPF15化妝品平行5次測定誤差較大(圖2B)，相對標準偏差RSD為72%，可能與該品牌化妝品黏度較小有關。因該樣品流動性大，不易在石英片上形成薄膜，測定時聚集于石英片下部，導致了測量透射比偏小，從而偏離了正常的SPF值-透射比趨勢。

圖2 防曬化妝品的紫外透射光譜

A四種防曬化妝品的紫外透射光譜；B四種防曬化妝品300 nm透射率的5次獨立實驗統計。

3.2 防曬霜化妝品的紫外—可見光反射率

防曬化妝品對紫外線的遮擋保護了皮膚，同時一些原料對可見光也有明顯的反射作用，可見光區域鏡面反射和漫反射太強，會造成視覺上的“油膩感”，影響化妝品的美觀效果。本實驗利用硅膠墊模擬人體皮膚，將四種防曬化妝品涂抹其上，測定樣品在紫外-可見區域的反射光譜變化趨勢（圖3）。

圖3 防曬化妝品的紫外可見光反射光譜

A 漫反射光譜；B 鏡面反射光譜

結果表明，各化妝品在紫外區域的反射率與透射率結果相關，但在可見光區域，不同SPF值化妝品的反射率差別較大，SPF30化妝品對可見光的反射作用最強，SPF25化妝品對可見光的反射作用最弱，這與化妝品本身的視覺效果相符。

3.3防曬化妝品使用量對紫外透射率的影響

《化妝品使用分析規范》建議使用量為2 mg/cm2，防曬化妝品用量過少防曬效果有限，過多則容易堵塞皮膚毛細孔，刺激皮膚，在皮膚形成“油層”，影響美觀。

本實驗測定了不同防曬化妝品使用量的紫外透射及反射光譜（圖4至圖6）。如圖3所示，SPF值15，20和25的化妝品對紫外光譜的透射率隨使用量增加而明顯下降，說明使用量增加能夠提高化妝品對紫外線的遮擋效果。

SPF30的化妝品對紫外線遮蔽效果在測定范圍內，隨使用量增加變化趨勢不明顯，說明高SPF值產品在實驗用量范圍內抵擋紫外線的能力能夠保持的更加穩定。

而對各化妝品反射光譜的測定發現，隨使用量增加，防曬化妝品對紫外-可見光的反射作用逐漸增強（圖5和圖6），而化妝品的反射作用會影響化妝品的美容效果。因此，對防曬化妝品的用量選擇，應從透射光譜反映的遮蔽作用和反射光譜反映的美觀效果兩方面進行綜合考慮。

圖4 化妝品不同使用量的透射紫外光譜

 ——1mg/cm2，------ 2mg/cm2， .......... 3mg/cm2.

圖5 化妝品不同使用量的漫反射紫外光譜

——1mg/cm2， ------- 2mg/cm2， ........mg/cm2

圖6 化妝品不同使用量的鏡面反射紫外光譜

 —— 1mg/cm2， ----- 2mg/cm2， ....... 3mg/cm2.

4、結論

本研究通過建立防曬化妝品的固體紫外光譜測定方法，在接近防曬化妝品真實使用的情況下研究了其固體紫外光譜。

實驗發現不同品牌的化妝品在紫外波段的透射率不同，因此可利用本研究中的檢測方法建立防曬化妝品的固體透射光譜指紋圖庫，從而用于防曬化妝品的鑒定。

各樣品300nm透射率與SPF值的相關關系表明，通過綜合分析樣品在某些波長下的透射率，能夠評價判斷化妝品所標示SPF值的真實性。

該實驗同時顯示利用單波長的透射率來評價SPF值有一定的局限，未來將綜合考慮化妝品在多個波長下的透射率，并結合基于使用效果的評價方法，來提高固體紫外光譜法用于評價防曬用品的方法準確度。

反射光譜的測定反映了防曬化妝品對紫外線的吸收效果，拓展到可見光區域的反射光譜研究為防曬用品使用后的主觀感受評價提供了依據。

本研究證明，通過綜合考量SPF值所引起的紫外線遮蔽作用（透射光譜）和反射所影響的美觀效果（反射光譜）相結合，可以對防曬化妝品的質量進行綜合評價。

總之，本工作所使用的防曬化妝品固體紫外光譜技術將有望成為防曬產品開發過程中對樣品進行評估的準確快速研究方法。

（文章來源儀器信息網）

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