Изучение солнцезащитных кремов на соответствие заявленному SPF методом электронной спектроскопии

XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Изучение солнцезащитных кремов на соответствие заявленному SPF методом электронной спектроскопии

Авулова Д.А. 1
1МАОУ Лицей№7
Голубков В.А. 1
1Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения РАН
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Излучение Солнца необходимо для человека и его здоровья. Однако, широко известен и вред интенсивного солнечного света, особенно области, которая называется ультрафиолетовым излучением (до 400 нм). Воздействие ультрафиолетовых лучей на незащищенную кожу человека может приводить к солнечной эритеме (ожогу кожи), фототоксическим и фотоаллергическим реакциям, является фактором риска для развития добро- и злокачественных новообразований [1]. Предотвратить негативное влияние на кожу человека можно, используя солнцезащитные средства – специализированные лосьоны, спреи, гели, крема, пены или другие продукты для местного применения, которые поглощают или отражают часть солнечного ультрафиолетового излучения [2, 3].

Темы здоровья и загара крайне популярны, из-за этого появляется много и недостоверной информации, которая активно распространяется в Интернете. Необходимо популяризировать рациональное использование здоровьесберегающих технологий в общем, и правильного использования средств защиты от Солнца, в частности. Пусть эта идея не обладает новизной, но изучив вопрос мы, участники проекта, сможем способствовать локальному решению проблемы.

Сразу возникает вопрос, а какие солнцезащитные средства действительно эффективны? Оказывается, часто солнцезащитные кремы продаются по ГОСТ 31460-2012 «Кремы косметические. Общие технические условия» или ТУ категории «Кремы косметические», а подтверждение защитных свойств (значение SPF) по ГОСТ добровольно, и такая маркировка может присутствовать без подтверждения. Поэтому стоит также задача провести измерения показателя SPF ряда популярных солнцезащитных средств с сопоставлением заявленных и измеренных SPF. Существуют методы оценки SPF «in vivo», когда тестирование проводится на животных и людях, а измеряется во сколько раз увеличилось время облучения, необходимое для появления ожога (эритемы). Например, стандартизированный в России метод основан на определении солнцезащитного фактора на живых организмах (in vivo) [4]. Более экономичным и доступным является подход «in vitro» – когда для измерений используются приборы, например, метод УФ-спектроскопии (электронной спектроскопии) [2]. Именно последний метод доступен для нас и используется в исследовании. Известно применение измерения растворов солнцезащитных средств в этаноле, но это сильно отличается от поведения кремов на поверхности кожи [5]. Поэтому логичнее использовать прозрачные в УФ-диапазоне пластинки, на которые наносится изучаемое средство.

Так гипотеза исследования была сформулирована следующим образом: «В продаже могут иметься солнцезащитные средства значения SPF которых не соответствуют заявленным производителем». Объект исследования – солнцезащитные средства, предмет – эффективность защиты кожи человека от УФ излучения солнцезащитными средствами. Целью исследования стал контроль заявленного значения SPF у солнцезащитных средств, находящихся в продаже

Задачи:

  1. Выбрать продающиеся солнцезащитные средства для проведения анализа;

  2. Выбрать модель солнечного спектра для анализа и расчёта SPF;

  3. Измерить SPF солнцезащитных кремов методом электронной спектроскопии;

  4. На этапе реализации возникла задача разработать программу для автоматизации форматирования спектральных данных.

Личный вклад в исследование заключался в комплексном анализе солнцезащитных средств. Был проведён отбор образцов, определён SPF методом электронной спектроскопии и разработана программа для обработки спектральных данных. Эта программа позволила структурироватьинформацию полученную об SPF и облегчила анализ данных.

Основная часть

Материалы и методы исследования

1.Образец №1
2.Образец №2
3.Образец №3
4.Образец №4
5.Образец №5
6.Образец №6
7.Образец №7
8.Образец №8
9.Образец №9

Измерение и расчёт SPF с применением метода электронной спектроскопии

Электронные спектры пропускания регистрировали на сканирующем спектрофотометре УФ-6900 (Эковью, Россия) при ширине спектральной щели 1,8 нм с разрешением 1 нм. Образец крема массой ~11,3 мг наносили на кварцевую пластину 45,0х12,5х1,25 мм, поскольку SPF нормирован как показатель эффективности 2 мг/см2. На пластинку с нанесённым кремом помещали идентичную кварцевую пластинку, равномерно распределяя крем. Базовая линия была записана относительно 2 кварцевых пластин. Каждый образец исследовали данным методом 10 раз. SPF рассчитывали по каждому эксперименту, затем для образца рассчитывали среднее значение и стандартное квадратичное отклонение.

Для расчёта эффективного солнечного спектра (рис. 1), отражающего влияние излучения на кожу человека, стандартный солнечный спектр ASTM G173-03 умножали на коэффициенты (ery) эритемного воздействия, определенные стандартом CIE-1987. Коэффициенты эритемного воздействия для длин волн ( в диапазоне 290-400 нм имеют следующие значения:

ery(λ)=1.0 290nm<λ≤298 нм;

ery(λ)=100.094(298-λ) 298nm<λ≤328 нм:

ery(λ)= 100.015(140-λ) 329nm<λ≤400 нм.

SPF рассчитывали следующим образом:

где, ЭС(λ) – удельная мощность эффективного солнечного спектра на длине волны (λ); Т(λ) – коэффициент пропускания на длине волны; длины волн 290-400 нм.

Рис. 1. Стандартный и эффективный солнечный спектр

Результаты и их обсуждение

Крема выбирали на основе хороших оценок и репутации, также исходя из разного показателя, заявленного производителем SPF. Мы стремились охватить широкий диапазон SPF от 10 до 100, и получить распределение в выборке близкое к нормальному (рис. 2).

Рис. 2. Гистограмма распределения выборки солнцезащитных кремов по SPF

Стоит отметить, что наш спектрофотометр выдает информацию в не очень удобном виде (рис. 3 А). Мы разработали приложение на базе Python для более быстрого и удобного форматирования данных (рис. 3 Б и В). Программное обеспечение (ПО) позволяет произвести разбиение образцов на столбцы в таблице, заменить десятичный разделитель на «запятую» и ранжировать данные по увеличению длины волны.

Рис. 3. А) Скриншот рабочего материала спектральных данных, выгружаемых из прибора; Б) интерфейс разработанного ПО; В) Скриншот рабочего материала спектральных данных после обработки

SPF (Sun Protection Factor – Фактор защиты от Солнца) это показатель, который измеряет эффективность солнечного фильтра в защите кожи от UVB-излучения (290-320 нм). В большинстве случаев, SPF рассчитывается на основе применения 2 мг средства на 1 см² кожи. В результате проведенного маркетингового исследования были выбраны 9 солнцезащитных средств. Также изучен метод электронной спектроскопии и выбрана модель эффективного солнечного спектра. Для выбранных кремов был экспериментально измерен показатель SPF. Принцип измерения: с помощью прибора – спектрофотометра, измеряется доля УФ-излучения, которая проходит сквозь слой солнцезащитного средства с плотностью 2 мг на 1 см². Это доля и есть SPF. Средство с SPF 15 поглощает или рассеивает примерно от 93% мощности УФ-излучения (пропускает 1/15), SPF 30 - 97% (1/30), SPF 50: обеспечивает защиту примерно 98% (1/50).

На примере спектров пропускания крема образца №8 (рис. 4) видно, что он пропускает ~1/10 излучения, это и наблюдается в спектральных данных.

Рис. 4. Спектры пропускания образца №8

Нами измерены SPF ряда солнцезащитных средств и сопоставлены с заявленными значениями. На рисунке 5 обратите внимание на диагональную линию – попадание точки на неё означает совпадение измеренного и заявленного SPF, выше – завышенные результаты, ниже линии заниженные. Можно заметить, что значительное занижение наблюдается у 4 образцов, завышение у 2 образцов и только 3 образца хорошо соответствуют заявленным SPF. Необходимо отметить, то пока этот метод даёт большую ошибку измерений, зачастую больше 20%.

Рис.5 Результаты измерения солнцезащитных средств

Заключение

1. В результате проведенного маркетингового исследования были выбраны 9 солнцезащитных средств, заявленных SPF которых в диапазоне 10-100.

2. Выбран стандартный солнечный спектр ASTMG173-03, который умножением на коэффициенты эритемного действия по стандарту CIE-1987, преобразовали в эффективный спектр солнечного излучения, то есть спектр того, как излучение влияет на кожу. Этот спектр использовался для расчета SPF.

3. Методом электронной спектроскопии измерен SPF, выбранных солнцезащитных средств. Относительно заявленного SPF занижение обнаружено у 4, завышение - 2, 3 образца имеют хорошее соответствие SPF. Также наблюдается значительная ошибка измерения, около 20%. Требуется совершенствование метода

4. Разработано приложение на базе Python для более быстрого и удобного форматирования спектральных данных.

Благодарности

Хочу выразить благодарность моему научному руководителю Голубкову В. А. и куратору направления «Базовые школы РАН - Химия» в МАОУ Лицей №7 Маляру Ю.Н. за возможность проведения исследования на спектрофотометре. А также В.Н Рыдченко, А.И.Задолинной, М.Е.Штейнгарту за значительный вклад в данную работу.

Список литературы

1. Олисова О.Ю., Владимирова Е.В., Бабушкин А.М. Кожа и солнце // Российский журнал кожных и венерических болезней. 2012. T. 6. № 6. P. 57-62.

2. Свиридова А., Ищенко А. Солнцезащитные средства. I. классификация и механизм действия органических УФ фильтров // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2006. T. 49. № 11. P. 3-14.

3. Ищенко А., Свиридова А. Солнцезащитные средства. II. Неорганические УФ фильтры и их композиции с органическими протекторами // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2006. T. 49. № 12. P. 3-16.

4. ГОСТ ISO 24444-2013. Продукция косметическая. Методы испытаний защиты от солнца. Определениесолнцезащитногофактора (SPF) наживыхорганизмах (in vivo).

5. Fonseca A. P., Rafaela N. Determination of sun protection factor by UV-vis spectrophotometry //Health Care: Current Reviews. – 2013. – Т. 1. – №. 1. – С. 1000108.

Просмотров работы: 20