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SPEKTROSKOPIE PHOTOMETRIE

UVA-Schutzleistung von Sonnenschutzmitteln nach Australischer Norm

20.04.2005 | Autor / Redakteur: Burcu Özmen* / Marc Platthaus

Aufbau der Integrationskugel
Aufbau der Integrationskugel

Je höher der sogenannte Lichtschutzfaktor, desto besser die Schutzwirkung für den gesamten UV-Bereich.

Zuverlässigen Schutz vor den Folgen der UV-Belastung der Haut (vorzeitige Hautalterung, Hautkrebs etc.) bietet nur Abdeckung der Haut durch geeignete Kleidung und Sonnenschutzmittel. Sonnenschutzmittel sollten im gesamten UV-Bereich (UVB und UVA) wirksam sein. Bei Sonnenschutzmitteln gilt: Je höher der sogenannte Lichtschutzfaktor, desto besser die Schutzwirkung für den gesamten UV-Bereich.

Die UV-Strahlung ist für das menschliche Auge unsichtbar. Sie ist ein kleiner, aber hochenergetischer Teil des elektromagnetischen Spektrums. Die UV-Strahlung unterteilt sich in UVA (315-400 nm), UVB (280-315 nm), UVC (200-280 nm) und Vacuum-UV (100-280 nm). Der Erdatmosphäre und insbesondere der Ozonschicht ist es zu verdanken, dass kurzwellige Strahlung mit Wellenlängen unter 290 nm aus dem Spektrum der Sonnenstrahlung herausgefiltert werden.

Daher enthalten die meisten Sonnenschutzmittel lediglich UVA- und UVB-Schutz, da der Vacuum-UV-, UVC- und kurzwelliges UVB der natürlichen Strahlung in der Ozonschicht absorbiert wird. UVB-Strahlung verursacht Sonnenbrand und wird mit dem Entstehen von Hautkrebs in Verbindung gebracht. Der UVA- Anteil galt lange Zeit als weniger schädlich.

Jedoch gibt es inzwischen Hinweise darauf, dass die UVA-Strahlung tiefer in die Haut eindringt als UVB-Strahlung. Mögliche Folgen sind vorzeitige Hautalterung und Schädigung der DNA. Die Intensität der natürlichen UV-Strahlung variiert stark, sie ist abhängig von Tageszeit, Jahreszeit und Aufenthaltsort. Die Sonnenschutzmittel variieren in ihrer Schutzleistung, abhängig vom Einsatz der organischen, öl- oder wasserlöslichen (chemischen) und anorganischen, unlöslichen (physikalischen) Bestandteile.

Der für die Sonnenschutzmittel angegebene LSF (Licht-Schutz-Faktor, im englischen SPF (sun protection factor) bezieht sich auf die UVB-Strahlung und gibt an, um das Wievielfache sich die Eigenschutzzeit der Haut verlängert. In der Tabelle 1 sind die Art der Schutzleistung sowie der dazugehörige LSF angegeben. Wenn man eine Sonnencreme mit LSF 15 verwendet, werden nur sieben Prozent der schädlichen Strahlung transmittiert, mit LSF 30 werden nur vier Prozent und mit LSF 30+ liegt die Transmission nur bei zwei Prozent.

Leider gibt es trotzdem keinen hundertprozentigen Schutz. Wird ungeschützte Haut der Sonnenstrahlung ausgesetzt, so treten, abhängig von dem Hauttyp des Anwenders, nach einer gewissen Zeit erste Schädigungssymptome auf. Bei Anwendung eines Sonnenschutzmittels verlängert sich diese Zeit um den jeweiligen Schutzfaktor. Dieser Beitrag beschreibt die Analyse von Sonnenschutzmitteln mit der UV-Spektroskopie.

Geräte und Materialien

Es wurden sechs unterschiedliche Sonnenschutzmittel, die auf dem europäischen Markt erhältlich sind, untersucht. Die vom Hersteller angegebenen LSF und die UV-Filtersysteme, die in den Schutzmitteln verwendet worden sind, werden in der Tabelle 2 dargestellt. Dabei handelt es sich ausschließlich um Öl-in-Wasser Emulsionen. Fast alle untersuchten Sonnenschutzmittel haben mindestens ein UVB- und ein UVA-Filtersystem. Probe 1 dagegen enthält nur UVB-Filter und ist daher keine Repräsentative des europäischen Marktes.

Für die Untersuchungen der Sonnenschutzmittel wurde das Specord 250 und als Zubehör eine Integrationskugel (Ulbrichtkugel) eingesetzt. Specord 250 ist ein streulichtreduziertes Zweistrahlphotometer mit Doppelmonochromator mit variabler spektraler Auflösung und CDD (Cooled Double Detection). Durch den Einsatz eines Vormonochromators wird auftretendes Streulicht deutlich verringert. Zum anderen ist der Messbereich bis Absorption ±4 erweitert, d.h. Transmissions- und Reflexionsmessungen können mit höherer Empfindlichkeit durchgeführt werden [4].

Die Integrationskugel eignet sich hervorragend für Transmissions- und Remissionsmessungen von festen und flüssigen Proben sowie von Pulverproben. Die Kugel mit einem Kugeldurchmesser von 75 mm besteht aus zwei Spectralon-Halbkugeln mit Öffnungen zum Strahlungsein- und ?-austritt, einer Strahlumlenkoptik und Halterungen für Proben und Küvetten für Transmissions- und Remissionsmessungen (Abb.1). Spectralon ist ein teflonartiger Kunststoff mit sehr hohem Reflexionsvermögen über einen weiten Spektralbereich.

Die Integrationskugel wird in den Strahlengang des Specord 250-Probenraumes eingesetzt. Die Integrationskugel bewirkt eine gleichmäßige Ausleuchtung der Empfängerfläche im Spektrometer, unabhängig von einer Beeinflussung (Streuung, Ablenkung) des Strahls durch die Probe. Dadurch wird die Richtigkeit der Messergebnisse verbessert.

Für feste transparente Proben großer Schichtdicke ist die Messung mit Integrationskugel die einzige Möglichkeit, den sonst durch die Strahlbeeinflussung verursachten systematischen Messfehler zu vermeiden. [5]

Durchführung

Als Probenträger wurde eine Platte aus Quarz ausgewählt. Der unbeschichtete Probenträger wurde zuerst gewogen. Die Produkte wurden dann über die Quarzplatte gleichmäßig in mehreren Punkten in einer Menge von 0,75 mg/cm2 aufgetragen. Wenn die Absorption größer als zwei war, wurde die Probenmenge entsprechend verringert. Die Proben wurden anschließend mit einem puderfreien Latex-Laborhandschuh, der vorher mit der Probe ca. 1 min lang gesättigt worden ist, gleichmäßig auf der Quarzplatte verteilt. Die Platte wurde nochmals zur Kontrolle ausgewogen. Die Proben wurden erst nach einer Equilibrierzeit von 15 Minuten gemessen.

Dieser Prozess wurde für jede Probe zweimal durchgeführt und die Einzelmessungen wurden zweimal in unterschiedlichen Positionen wiederholt. Die Transmissionsmessung wurde im Specord 250 im Bereich von 290 bis 400 nm durchgeführt. Als Referenzmessung wurde eine leere Quarzplatte verwendet. Man kann als Referenz auch Glycerin auf die Platte verteilen und so Referenzmessung durchführen.

Ergebnis und Diskussion

Die Messmethode ließ sich auf alle Produkte problemlos anwenden. Als ein Beispiel wurde das Transmissionsspektrum der Probe 3 in der Abbildung 2 dargestellt. Es wurde festgestellt, dass alle Proben die Strahlung im Transmissionsspektrum zwischen 320 und 360 nm um 90 Prozent reduzierten. Lediglich bei Probe 1 war mit LSF 6 die Transmission stärker. Auf der Packung der Probe 1 stand jedoch keine Angabe, dass bei diesem Mittel die UVA-Strahlung nach international anerkanntem australischem Standards 2604 geprüft wurde.

Nach Auswertung der Spektren ist nicht auszuschließen, dass höhere Schutzfaktoren auch höheren UVA-Schutz haben. Es gibt keine Korrelation von UVA-Schutz und LSF. Mit steigendem LSF ist bei manchen Proben der UVA-Schutz gleich geblieben ohne die Norm zu verletzen. Außerdem wurde beobachtet, dass die Sonnenschutzmittel mit dem selben LSF 15 (Probe 3 und Probe 4) unterschiedlichen UVA-Schutz aufweisen. Eine bessere Differenzierung zwischen den Sonnenschutzmitteln könnte durch Anwendung der DIN 67502 möglich sein.

Zusammenfassung

Die Charakterisierung des UVA-Schutzes mit Hilfe des Specord 250 (Abb. 3) jedoch lässt sich auf alle Sonnenschutzmittel problemlos und schnell anwenden. Diese Methode bietet keine Differenzierung des UVA-Schutzes für Produkte bei denen die australische Norm erfüllt wird, d.h. ein höherer LSF bedeutet nicht, dass ein höherer UVA-Schutz realisiert werden kann.

Durch mehr Information über den UVA-Schutz (wie in der DIN 67502 festgeschrieben) kann sich der Verbraucher besser für ein Sonnenschutzmittel aus der vielfältigen Produktplatte entscheiden. Leider sind weitergehende Information über den UVA-Schutz noch nicht als Produktinformation der Sonnenschutzmittel erhältlich.

CHARAKTERISIERUNG DER UVA/UVB-SCHUTZWIRKUNG

Alle europäischen Hersteller haben sich 1997 geeinigt, den Lichtschutzfaktor (UVB-Schutz) von Sonnenschutzprodukten nach der Norm der COLIPA (European Cosmetic, Toiletry and Perfumery Association) zu bestimmen [1]. Er bezeichnet die Schutzleistung von Sonnenschutzprodukten gegenüber UVBStrahlen. Bis vor kurzem gab es in Europa keine anerkannte Methode für die Bestimmung der UVA-Strahlung. Deswegen haben viele Hersteller von Sonnenschutzmitteln den Australischen Standard 2604:98 verwendet [2]. Die Australische Norm gilt als erfüllt, wenn die Transmission der UVA-Strahlung im Bereich von 320 bis 360 nm durch die Sonnenschutzmittel mindestens um 90% reduziert wird. Wenn die Transmission in diesem Bereich in irgend einem Punkt darüber liegt, wird die Norm nicht erfüllt. Seit 2004 gibt es jedoch einen DIN-Normentwurf 67502 für die Charakterisierung der UVA-Schutzwirkung. UVA-Schutz wird hier als UVA-Bilanz berechnet, und gibt daher eine bessere Differenzierung der UVA-Schutzleistung [3].

Literatur[1] Colipa Sun Protection Factor (SPF) Test Method, 1994[2] Australian Standard AS 2604, 1998[3] Charakterisierung der UVA-Schutzwirkung von dermalen Sonnenschutzmittel durch Transmissionsmessungen unter Berücksichtigung des Lichtschutzfaktors, DIN 67502 Entwurf[4] Analytik Jena Specord 250 Handbuch[5] Analytik Jena Zubehör Handbuch

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