| von Gerhard Raatz , Leiter Direktvertrieb Retsch Technology

Sonnencremes bestehen neben Duftstoffen, Emulgatoren und Feuchtigkeitsspendern vor allem aus Öl, Wasser und einem UV-Filter, der dem Schutz der Haut vor energiereicher UV-A bzw. UV-B Strahlung dient. Hierbei wird zwischen chemischen und physikalischen UV-Filtern unterschieden.

Die chemischen Filter absorbieren die UV-Strahlung und geben sie als ungefährliches langwelligeres Licht wieder ab. Je nach Art des Filters hat man unterschiedliche Absorptionsmaxima, so dass für einen breiten Schutz unterschiedliche Stoffe, wie beispielsweise Benzophenone, Triazole, Dibenzoylmethane und Zimtsäure, miteinander kombiniert werden. Um ihre Wirkung zu entfalten, dringen die Filter in die obere Epidermis ein, so dass ein Sonnenschutz erst nach rund 30 min gewährleistet ist. Bei chemischen Sonnenschutzpräparaten lassen sich Nebenwirkungen nie ausschließen – vor allem allergische Reaktionen sind bekannt und in der medizinischen Literatur beschrieben. Sehr kontrovers wird die Möglichkeit diskutiert, dass mit Sonnenschutzcremes auf chemischer Basis das Hautkrebsrisiko sogar erhöht wird – ein zwingender Nachweis fehlt allerdings. Darüber hinaus haben chemische Filter den Nachteil, dass sie sich relativ schnell – innerhalb von 1 bis 3h – zersetzen und man deshalb häufig nachcremen muss.

Schädlich oder nicht?

Physikalische Filter, wie etwa Titandioxid, streuen und reflektieren das UV-Licht. Ihr Vorteil ist, dass sie chemisch praktisch inert sind und sich deshalb weder zersetzen noch allergische Nebenwirkungen aufzeigen. Deshalb werden diese Cremes vor allem für Kinder empfohlen. Außerdem dringen die Pigmente nicht in die Haut ein – der Sonnenschutz ist sofort gegeben. Ein Nachteil ist, dass die Schutzschicht durch Wasser oder Schweiß leicht abgespült wird. Schließlich ist der Schutz umso wirksamer, je dicker die Schicht aufgetragen wird. Gerade der letzte Punkt war lange problematisch – viele Verbraucher haben Sonnencremes auf Titandioxidbasis abgelehnt, da sie einen weißen Film auf der Haut erzeugten. Dieses Problem wird in vielen Cremes so gelöst, dass die Teilchengröße der Partikel drastisch in den Nanobereich reduziert wurde. Diese Partikel streuen dann nur noch das UV-Licht und nicht mehr das sichtbare – die Weißfärbung bleibt aus.

Gerade die Nanopartikel sind aber nicht unumstritten. Zwar haben sich diese bisher als unschädlich erwiesen, dennoch fordert das Beratungskomitee der EU-Kommission eine Neubewertung der Nanopartikel in Kosmetika. Es ist nachgewiesen, dass die kleinen Teilchen nicht durch gesunde Haut dringen können, doch es ist noch nicht ausreichend geklärt, was bei sehr trockener oder geschädigter Haut geschieht. So hat zum Beispiel die britische Zertifizierungsorganisation Soil Association den Einsatz von Nanopartikeln in den von ihr zertifizierten Produkten verboten, und manche Hersteller empfehlen ihre Cremes nicht bei trockener Haut.
Aufgrund all dieser Diskussionen sind viele Verbraucher verunsichert, auch wenn ein wissenschaftlicher Nachweis der Schädlichkeit noch aussteht. Da viele Hersteller nicht angeben, ob sie Nanopartikel einsetzen oder nicht, ist es wichtig, eine Analysenmethode bereit zu stellen, die genau diese Frage beantworten kann. Unter Nanopartikeln versteht man Teilchen, die kleiner als 100nm sind. Dieser Größenbereich kann mit einer sehr hohen Genauigkeit mit einem modernen Laser-Streulichtspektrometer analysiert werden.

Partikelanalytik mittelsLaserlichtstreuung

Die statische Laserlichtstreuung ist auch bekannt unter den Bezeichnungen Laserbeugung, Laser-Diffraktometrie, Fraunhofer-Beugung oder Mie-Streuung. Bei der Wechselwirkung von Laserlicht mit Partikeln werden durch Beugung, Brechung, Reflexion und Absorption für die Partikelgröße charakteristische Streulichtmuster erzeugt. Für Partikelgrößen ab mehreren Mikrometer entstehen dabei bevorzugt Streulichtmuster, die durch Beugung verursacht wurden. Informationen über die Partikelgröße werden bei kleinen Beugungswinkeln erhalten. Dieses Phänomen wird durch die Fraunhofer-Theorie beschrieben und auch als Fraunhofer-Beugung bezeichnet. Laserbeugungsgeräte zur Partikelgrößenbestimmung nutzten zuerst dieses Modell, indem mit Hilfe von Detektoren in Vorwärtsrichtung in kleinen Winkeln (<35°) Intensitätsverteilungen gemessen und daraus Partikelgrößenverteilungen berechnet werden.

Wenn die Partikelgröße ähnlich wie oder kleiner als die Wellenlänge des eingestrahlten Lichts ist, wird das Licht an den Partikeln zunehmend in große Winkel in Seitwärts- und Rückwärtsrichtung gestreut. Die Mie-Theorie beschreibt dieses Phänomen unter Berücksichtigung der optischen Eigenschaften (Brechung und Absorption) der Partikel. Für die Messung solcher Partikelgrößenverteilungen sollte das von den Partikeln ausgehende Streumuster über den gesamten Winkelbereich detektiert werden. Die Interpretation von Streulichtmustern mit Hilfe der Mie-Theorie ist für alle Partikelgrößenverteilungen zutreffend, die Fraunhofer-Beugung ist als Spezialfall darin enthalten. Sind alle Partikel der Probe größer als die Wellenlänge des eingestreuten Lichtes, steht der in der Mie-Theorie enthaltene Fraunhofer-Anteil im Vordergrund für die Berechnung der Partikelgrößenverteilung. Die Berechnung nach Mie erlaubt also die Verwendung von nur einer Auswertemethode für das gesamte Größenspektrum.

Weiter Messbereich und höchsteReproduzierbarkeit

Das Laser-Streulichtspektrometer LA-950 arbeitet auf der Grundlage der statischen Laserlichtstreuung (gemäß DIN/ISO 13320) und wurde für höchste Anforderungen in Bezug auf Genauigkeit, Reproduzierbarkeit, Flexibilität und Bedienbarkeit entwickelt. Dank unterschiedlicher Ausstattungsvarianten für die Trocken- und die Nassmessung kann es für eine große Bandbreite von Applikationen eingesetzt werden, die sich von der Partikelcharakterisierung bei Pulvern und Granulaten bis zur Messung von feinen Suspensionen und Emulsionen erstreckt. Die Proben können im gesamten Messbereich von 0,01 bis 3000µm ohne Umstellungen am Gerät analysiert werden (Single Range).

Das Spektrometer bietet extrem kurze Probendurchlaufzeiten und ein leistungsfähiges Zirkulationssystem für die Nassmessung. Aufgrund einer erhöhten Empfindlichkeit werden auch kleine Partikel mit einem Durchmesser bis zu 10nm nachgewiesen. In Verbindung mit der Auswertesoftware verfügt das optische System über sehr hohe Präzision und sehr gutes Auflösungsvermögen.

Im Applikationslabor wurden drei Sonnencremes unterschiedlicher Hersteller auf Pigmentbasis analysiert. In zwei dieser Cremes konnten Nanopartikel kleiner 100nm nachgewiesen werden, in der dritten Creme nicht. Die Größenverteilung der Nanopartikel ist mit einem Maximum bei rund 80nm deutlich von dem Rest der Probe abgegrenzt. Eine entsprechende Messung mit dem Gerät dauert nur wenige Sekunden, so dass sehr viele Proben in kurzer Zeit untersucht werden können.

Die Partikelanalytik spielt eine entscheidende Rolle bei der Qualitätskontrolle und der Entwicklung neuer Kosmetika

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