一、概述

對(duì)每個(gè)女性來(lái)說(shuō)，美白和防曬是永遠(yuǎn)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(píng)價(jià)方法。以市售的不同品牌防曬指數(shù)的化妝品為分析模型，使用配備積分球的紫外光譜儀測(cè)定接近真實(shí)使用狀態(tài)下的防曬化妝品透射和反射紫外光譜，分別探究化妝品對(duì)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(jī)制：

1.化學(xué)吸收，通過(guò)加入紫外吸收物質(zhì)吸收紫外線，常用的紫外吸收物質(zhì)有對(duì)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(guò)防曬指數(shù)（Sun Protection Factor, SPF）來(lái)標(biāo)識(shí)防曬能力。防曬指數(shù)是指在涂有防曬劑防護(hù)的皮膚上產(chǎn)生最小紅斑所需能量（最小紅斑量， MED）與未加任何防護(hù)的皮膚上產(chǎn)生相同程度紅斑所需能量之比值。國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局（CFDA）推薦采用可以連續(xù)產(chǎn)生波長(zhǎng)為290nm~400nm 的紫外線的日光模擬器照射實(shí)驗(yàn)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(shù)。該測(cè)定方法全面直接，實(shí)驗(yàn)條件真實(shí)，但是實(shí)驗(yàn)過(guò)程長(zhǎng)，測(cè)試費(fèi)用高，需要經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)的人員并耗費(fèi)大量時(shí)間和勞動(dòng); 重復(fù)性差；大劑量照射會(huì)對(duì)參加測(cè)試人員的皮膚造成損害，需要嚴(yán)格受試志愿者篩選和核查，成本高。

目前對(duì)防曬化妝品的研究一般采用色譜方法和紫外可見(jiàn)光譜法。色譜方法側(cè)重于對(duì)防曬化妝品化學(xué)紫外吸收劑的篩查和含量分析，該類(lèi)方法側(cè)重于成分分析，對(duì)防曬效果考察較少；紫外光譜法主要測(cè)定化學(xué)防曬劑溶液或者溶液稀釋的防曬化妝品的紫外光譜，該類(lèi)方法側(cè)重于研究化學(xué)防曬而忽略了物理防曬效果的評(píng)價(jià)，檢測(cè)過(guò)程中防曬化妝品的溶劑化處理與實(shí)際使用情況不符。

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

圖1 積分球測(cè)定透射和反射光路

積分球是一種常用的光學(xué)組件，它的主要作用是作為光收集器，非平行光通過(guò)采樣口進(jìn)入積分球，具有各向異性的樣品光束在積分球內(nèi)進(jìn)行全方位多次反射后，最后一個(gè)被平均化了的光信號(hào)被引入到檢測(cè)器。積分球-分光光度計(jì)技術(shù)目前已廣泛應(yīng)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(jì)技術(shù)研究膠體類(lèi)的防曬化妝品紫外透射光譜，綜合考察防曬化妝品通過(guò)化學(xué)和物理作用對(duì)紫外線的整體遮蔽效果；同時(shí)結(jié)合紫外-可見(jiàn)光反射光譜的分析，評(píng)價(jià)防曬化妝品的美化效果。

三、實(shí)驗(yàn)部分

1.儀器與試劑

紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，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(shí)驗(yàn)條件

2.1透射率的測(cè)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(cè)量固體透射透射率，平行測(cè)定5次。掃描波長(zhǎng)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(cè)條件，測(cè)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(shì)。

2.2反射率的測(cè)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(cè)量防曬化妝品的反射率，掃描波長(zhǎng)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(cè)條件，測(cè)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(shì)。

3 結(jié)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(guò)防曬霜到達(dá)皮膚的紫外線強(qiáng)度，透射率越高，防曬用品的遮蔽效果越差。透射光譜實(shí)驗(yàn)表明(圖2A) 4種防曬化妝品對(duì)250~400 nm區(qū)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(qū)別在于不同樣品對(duì)長(zhǎng)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(shuō)明其對(duì)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(qū)均在300 nm附近，為了驗(yàn)證固體紫外光譜方法的重復(fù)性，分別測(cè)定每個(gè)品牌化妝品涂抹的石英片在300 nm處的透光率（獨(dú)立測(cè)定5次），結(jié)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(fù)相關(guān)，即300 nm處透射比越大，SPF值越小。

說(shuō)明SPF值越大的化妝品對(duì)紫外光譜的遮蔽效應(yīng)越明顯，這與化妝品的真實(shí)效應(yīng)相符，同時(shí)也驗(yàn)證了使用本法進(jìn)行防曬化妝品的檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)是可行和可靠的。

SPF15化妝品平行5次測(cè)定誤差較大(圖2B)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為72%，可能與該品牌化妝品黏度較小有關(guān)。因該樣品流動(dòng)性大，不易在石英片上形成薄膜，測(cè)定時(shí)聚集于石英片下部，導(dǎo)致了測(cè)量透射比偏小，從而偏離了正常的SPF值-透射比趨勢(shì)。

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(dú)立實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)。

3.2 防曬霜化妝品的紫外—可見(jiàn)光反射率

防曬化妝品對(duì)紫外線的遮擋保護(hù)了皮膚，同時(shí)一些原料對(duì)可見(jiàn)光也有明顯的反射作用，可見(jiàn)光區(qū)域鏡面反射和漫反射太強(qiáng)，會(huì)造成視覺(jué)上的“油膩感”，影響化妝品的美觀效果。本實(shí)驗(yàn)利用硅膠墊模擬人體皮膚，將四種防曬化妝品涂抹其上，測(cè)定樣品在紫外-可見(jiàn)區(qū)域的反射光譜變化趨勢(shì)（圖3）。

圖3 防曬化妝品的紫外可見(jiàn)光反射光譜

A 漫反射光譜；B 鏡面反射光譜

結(jié)果表明，各化妝品在紫外區(qū)域的反射率與透射率結(jié)果相關(guān)，但在可見(jiàn)光區(qū)域，不同SPF值化妝品的反射率差別較大，SPF30化妝品對(duì)可見(jiàn)光的反射作用最強(qiáng)，SPF25化妝品對(duì)可見(jiàn)光的反射作用最弱，這與化妝品本身的視覺(jué)效果相符。

3.3防曬化妝品使用量對(duì)紫外透射率的影響

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

本實(shí)驗(yàn)測(cè)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(duì)紫外光譜的透射率隨使用量增加而明顯下降，說(shuō)明使用量增加能夠提高化妝品對(duì)紫外線的遮擋效果。

SPF30的化妝品對(duì)紫外線遮蔽效果在測(cè)定范圍內(nèi)，隨使用量增加變化趨勢(shì)不明顯，說(shuō)明高SPF值產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)用量范圍內(nèi)抵擋紫外線的能力能夠保持的更加穩(wěn)定。

而對(duì)各化妝品反射光譜的測(cè)定發(fā)現(xiàn)，隨使用量增加，防曬化妝品對(duì)紫外-可見(jiàn)光的反射作用逐漸增強(qiáng)（圖5和圖6），而化妝品的反射作用會(huì)影響化妝品的美容效果。因此，對(duì)防曬化妝品的用量選擇，應(yīng)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(jìn)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(jié)論

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

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)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(cè)方法建立防曬化妝品的固體透射光譜指紋圖庫(kù)，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(guān)關(guān)系表明，通過(guò)綜合分析樣品在某些波長(zhǎng)下的透射率，能夠評(píng)價(jià)判斷化妝品所標(biāo)示SPF值的真實(shí)性。

該實(shí)驗(yàn)同時(shí)顯示利用單波長(zhǎng)的透射率來(lái)評(píng)價(jià)SPF值有一定的局限，未來(lái)將綜合考慮化妝品在多個(gè)波長(zhǎng)下的透射率，并結(jié)合基于使用效果的評(píng)價(jià)方法，來(lái)提高固體紫外光譜法用于評(píng)價(jià)防曬用品的方法準(zhǔn)確度。

反射光譜的測(cè)定反映了防曬化妝品對(duì)紫外線的吸收效果，拓展到可見(jiàn)光區(qū)域的反射光譜研究為防曬用品使用后的主觀感受評(píng)價(jià)提供了依據(jù)。

本研究證明，通過(guò)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(jié)合，可以對(duì)防曬化妝品的質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

總之，本工作所使用的防曬化妝品固體紫外光譜技術(shù)將有望成為防曬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)樣品進(jìn)行評(píng)估的準(zhǔn)確快速研究方法。

（文章來(lái)源儀器信息網(wǎng)）