CN207694811U - 城市污染环境模拟装置 - Google Patents

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Abstract

一种城市污染环境模拟装置，包括发动机、冷却箱和包含一个或多个UV灯的污染测试室、温度/湿度传感器、在线气体浓度分析仪、PM2.5/PM10分析仪系统、气体入口管道和气体出口管道，其中，发动机排出废气，并通过气体管道连接到冷却箱，其中气体管道与冷却箱中的水接触，冷却箱还经由气体管道进一步与污染测试室连接；其中所述一个或多个UV灯安装在所述污染测试室的壁上；可以用于模拟城市污染环境，以评估个人护理组合物和产品对头发、头皮和/或皮肤以及其它基质的抗污染效果，或本公开的组合物和活性化合物本身，其易于操作和清洁，并且不需要操作者特别的安全预防措施。

Description

城市污染环境模拟装置
技术领域
本公开涉及一种用于测试环境污染效应以及用于化妆品或药物用途的个人护理组合物对抗这种环境污染效应的效果。特别地，本公开涉及通过模拟城市大气环境来测试个人护理组合物的抗污染效果的装置，并观察在施用这种组合物之前和之后城市污染对头发、皮肤和/或其他基质引起的损害。因此，这种组合物或其单个成分对头发和/或皮肤的影响，或城市空气污染对化合物本身的直接影响。更具体地，本公开涉及用于在实验室中模拟城市的大气环境的实验设备和操作所述设备的方法。
背景技术
大都市地区的快速城市化和全球大城市的崛起导致城市污染的增加，影响了健康，从而影响到了这样的地区居民的外貌。化妆品和制药行业面临为消费者提供解决这个问题，并保护和预防城市污染对健康、头发和皮肤的影响的个人护理组合物的需求。本文所用的术语“城市污染”一词包括对皮肤和头发有有害影响的环境来源的确定来源，如空气污染和UV辐射。当空气中存在有害物质(包括颗粒物和生物分子)时，会发生空气污染，UV辐射构成太阳总光输出量的10％左右。后者也可以通过电弧和专用灯来产生，例如，在日光浴室晒日光灯。长波长的UV辐射可能引起化学反应，因此，紫外线的生物学和潜在的破坏性和有害影响都大于简单的加热效应，并且可能源于其与有机分子的相互作用。
在市场上，大量的个人护理产品都以“抗污染”的声明而出售，但这些声明的科学证据难以模拟，过去的模拟与现实的城市污染环境的相关性是差的。虽然紫外线对人体的损害多年来已知，但较少评价与其他环境压力因素的组合对健康、头发和皮肤的影响。
特别是影响皮肤的已知环境因素不仅包括紫外线辐射(UVR)，还包括主要的空气污染物如多环芳烃(PAHs)、挥发性有机化合物(VOC)、氮氧化物(NOx)和颗粒物质(PM)。空气污染物可能通过氧化损害干扰人体皮肤中脂质、DNA和蛋白质的正常功能，导致皮肤癌、皮肤老化和炎症或过敏性疾病如荨麻疹、湿疹、特应性皮炎、牛皮癣和痤疮。影响皮肤的主要污染物之一是例如臭氧，它会氧化皮脂，并导致皮肤屏障的损害和皮肤发炎。细颗粒也是有害的，特别是具有PM2.5的颗粒大小的颗粒，其粘附在皮肤上，并沉积在毛孔中，可能渗透到表皮。当污染物与紫外线结合时，会产生负面的协同作用，因此污染物与紫外线相结合的累积损害强度强于由两者单独造成的损害。许多文献中已经指出，当多种因素共同起作用时，例如UVR与空气污染相互作用或同时存在多种空气污染物，这些作用将会被放大。这些组合是助氧化剂烟雾的主要活性成分(Hui Y.等人，(2015).Climate Change and ItsDermatologic Impact on Aging Skin.In Textbook of Aging Skin，Springer编辑，第1-8页)。
方法仍在开发中，以更好地了解、评估和对抗主要污染物如颗粒物、挥发性有机物或臭氧浓度的影响。因此，仍然需要建立可以模拟UVR和空气污染的综合影响的方法。
到目前为止，在个人护理行业，以多种方式研究了污染对头发、健康和皮肤的影响，但这些方式与真正的城市污染环境并不十分相关。此外，为了评估环境条件，特别是空气污染的影响，无论是个人护理产品本身，还是对人体基质(如头发和/或皮肤)或人体衍生物质如皮脂或角鲨烯，目前仅公开了仅少数这样做的可能性。
例如，虽然已经在文献中讨论了抗污染有效化合物和组合物的效果，但是没有公开对于同时暴露于废气和紫外线时对头发造成的污染效果的“城市污染测试模型”进行讨论和评估(EURO COSMETIC，第11卷，4-2003，第19页)。
同样，在其他出版物中，以实验室规模测试了香烟烟雾和长UVA射线对角鲨烯(由人类皮脂腺产生的化合物)的作用(Int J Cosmetic Science，2015,37,357-365，图7)。然而，香烟烟雾不能被视为大气污染的替代物。相同的论证也适用于另一种污染模型，即“皮脂污染模型”，其将污染称为“大气颗粒物质与人类皮脂的油脂/油相结合”(Intl Journalof Cosmetic Science，2016,1-4，图2)。测试模型将声音清洁刷的功效与手动清洁进行比较。此外，这种污染模式并不反映空气污染对人类衍生样品的影响，这是本公开的目的。
CN 204583213U和相应的CN 104707671A已经公开了环境条件结合不同空气污染因素如湿度、废气和/或紫外线照射的模拟，并评价了单个因素以及多个因素污染环境以模拟大气条件。两个公开均描述了模仿环境大气条件，允许操作人员走入并在环境模拟室内部布置测试装置的可以让人走进的环境氛围模拟装置。其中公开的装置分为外部结构和内部结构，其中外部结构包括舱体、舱门、集成控制机柜、人工污染物模拟源、气体处理系统和气体收集系统，其中内部结构包括不锈钢网、实验台、气体循环系统、大气控制系统、气氛及颗粒污染物采样传感器和紫外可见光。
然而，虽然描述了CN 204583213U和CN 104707671A的实验设备，用于模拟不同的环境条件，并且包括各种空气污染因素，但是不适合以简单且易于操作的方式评价小样品的的常规实验室标准装置的需求。
因此，为了研究和开发实验室规模的个人护理新型防污染产品，仍然需要一种适用于常规通风橱的实验室设备，易于操作，易于清洁和维护，并可由一个人操作。为了节约资源，目标是进一步在有限的时间内在常规实验室通风橱的有限空间内获得评估结果，人力资源最少，无需操作者特殊的安全措施和保护设备。
发明内容
本公开的目的是提供一种装配在常规实验室通风橱中的实验室设备，用于模拟城市污染环境，以评估个人护理组合物和产品对头发、头皮和/或皮肤以及其它基质的抗污染效果，或本公开的组合物和活性化合物本身，其易于操作和清洁，并且不需要操作者特别的安全预防措施。
本公开的目的还在于提供一种通过模拟城市污染环境来评估个人护理产品对头发和/或皮肤的抗污染效果的方法。
为了实现这些目的，在实验室通风橱中建立了一个用于模拟城市污染环境的装置，包括以下几个方面：
1.一种城市污染环境模拟装置，包括发动机、冷却箱和包含一个或多个UV灯的污染测试室、温度/湿度传感器、在线气体浓度分析仪、PM2.5/PM10分析仪系统、气体入口管道和气体出口管道，其中，发动机排出废气，并通过气体管道连接到冷却箱，其中气体管道与冷却箱中的水接触，并且其中冷却箱还经由气体管道进一步与污染测试室连接；其中所述一个或多个UV灯安装在所述污染测试室的壁上；其中温度/湿度传感器、在线气体浓度分析仪和PM2.5/PM10分析仪系统通过气体管道与污染测试室连接，其中气体入口管道允许废气排入污染测试室，气体出口管道允许废气排出污染测试室。
2.根据上述1所述的城市污染环境模拟装置，其中气体入口管道安装在污染测试室的底部，气体出口管道安装在污染测试室的顶部。
3.根据上述1或2所述的城市污染环境模拟装置，其包括在气体管道入口上方的多孔板，优选在污染测试室的底部，允许废气通过多孔板并进入污染测试室。
4.根据上述1、2或3所述的城市污染环境模拟装置，其中所述一个或多个UV灯安装在所述测试室的侧壁。
5.根据上述4所述的城市污染环境模拟装置，其包括位于UV灯和污染测试室的废气填充空间之间的UV透过隔离膜。
6.根据上述1-5中任一项所述的城市污染环境模拟装置，其中所述发动机是柴油发动机或汽油发动机。
7.根据上述1-6中任一项所述的城市污染环境模拟装置，其包括安装在所述室中的一个或多个网格架，用于竖直悬挂样品或水平支撑样品。
8.根据上述7所述的城市污染环境模拟装置，其中网格架从测试室的后壁向前方安装。
9.根据上述7或8所述的城市污染环境模拟装置，其中所述网格架是金属网格架，优选选自不锈钢、钢或氧化铝。
10.一种操作城市污染环境模拟装置的方法，其中废气排放到污染测试室中并且UV灯同时发射UV辐射。
11.一种操作城市污染环境模拟装置的方法，其中仅将废气排放到污染测试室中。
12.一种操作城市污染环境模拟装置的方法，其中在污染测试室中只有UV灯发射UV辐射。
13.根据上述10、11或12所述的操作城市污染环境模拟装置的方法，用于评估和测试发动机废气和/或UV照射对样品的影响。
14.根据上述13所述的操作城市污染环境模拟装置的方法，其中依次组合上述10、11和12的方法。
15.根据上述13或14所述的操作城市污染环境模拟装置的方法，其中所述样品是头发、人造皮肤或选自化合物或制剂的非人源性基质。
16.根据上述15所述的操作城市污染环境模拟装置的方法，其中所述头发或所述人造皮肤已经用旨在施用于头发或皮肤上用于化妆品或药物目的的组合物处理。
在本公开中，使用发动机作为污染源，其与城市污染环境高度相关，因为它是大多数污染城市的空气污染的主要来源之一，特别是对于在都市街道步行的城市行人来说。发动机可以是柴油发动机或汽油发动机。
在本公开中，样品可以放置在污染测试室中，并以三种不同的方式暴露于污染环境中：
1.仅废气；
2.仅紫外线照射；
3.废气和紫外线照射。
后一种UV和废气的组合在模拟大都市地区和大城市的真实污染环境方面具有更好的相关性，其中在污染城市白天同时存在阳光和废气。
附图说明
图1显示了根据本公开的城市污染环境模拟装置的截面图。
图2显示了未经处理的头发纤维表面在暴露于污染前后的显微镜图像。
图3显示了不同阶段污染测试室内气体分析的结果。
图4显示了不同阶段污染测试室内PM分析的结果。
图5显示了处理和未处理的头发纤维表面在暴露于污染后的显微镜图像。
图6显示了处理和未处理头发在暴露于污染后的剩余梳理功结果的比较。
图7显示了在暴露于污染后，处理和未处理头发中的色氨酸的比较。
具体实施方式
以下进一步详细描述的本公开是基于提供适于在实验室中用于模拟城市污染环境的装置的目的，以评估个人护理产品对头发、皮肤或其它基质的抗污染效果，旨在确保在产品的抗污染性能方面可以获得代表性和比较性的结果。
为了实现这一目标，在实验室通风橱中建立了模拟城市污染环境的装置。该装置在同一测试环境中结合了空气污染和UV照射的条件。可以以不同的UV照射和废气暴露时间的组合设置城市污染模式，以使污染环境状况对于不同的需求(抗颗粒物、抗UV等)具有更大的灵活性。
污染测试室内的条件可以用传感器监测和测量，其安装在室外，并通过废气路径与污染测试室连接。这些传感器测量温度和湿度，并分析气体浓度以及PM2.5/PM10颗粒。
例如，如上所述，样品可以放置在污染测试室中，并以三种不同的模式暴露于污染环境：仅废气或仅UV照射或废气和UV照射的组合。在暴露于不同模式的组合限定时间之后，可以取出样品进行进一步分析。
根据本公开的一个方面，城市污染模拟装置包括：
·发动机，可以是柴油发动机或汽油发动机；
·具有水循环的冷却箱，通过该冷却箱建立废气路径，连接发动机与污染测试室；
·废气进口管道，优选安装在污染测试室的底部，以允许废气进入污染测试室；
·废气出口管道，优选安装在污染测试室的顶部，以允许废气从污染测试室排放到通风橱中；
·污染测试室，
其中在不同位置安装UV灯，最好在污染测试室的壁上，
并且其中，
任选在UV灯和废气填充空间之间放置UV透过隔离膜，以保护污染测试室的内侧免受污染物污染；
在污染测试室中安装一个或多个网格架，优选水平安装，样品可以悬挂(例如发束)或者样品可以放置在上面(例如烧杯或试管中的液体样品)；
在污染测试室中废气入口上方安装多孔板，优选在污染测试室的底部，以更均匀地分配来自发动机的废气；
温度传感器和湿度传感器，其可以组合；
在线气体浓度分析仪，和
PM2.5/PM10分析仪系统，
所有这些传感器和分析仪都安装在污染测试室外面，并通过废气路径与污染测试室连接，以监测污染测试室环境。
优选地，污染测试室的尺寸允许发动机和冷却箱也可以安装在实验室通风橱中，这意味着完整的城市污染装置适合于常规的实验室通风橱。
本公开的污染测试室可以称为“污染测试室”，以及“测试污染室”，“测试室”，“污染室”或简称“室”。
根据本公开的另一方面，城市污染模拟装置如下操作：
当发动机开启并产生废气时，废气在进入污染测试室之前冷却。优选地，废气进入管道，管道浸在冷却箱的循环水中，将从发动机出来的热废气冷却到更低的温度。优选将废气冷却至室温。从冷却箱出来后，废气进入污染测试室，最好从底部进入，首先通过多孔板以当进入污染测试室的主体时变得更均匀地分布。
如上所述，为了进行城市污染暴露试验，有三种运行模式可供选择：
(1)在仅废气模式的情况下，将试样放置在室内后，开启发动机，废气进入污染测试室，填充整个室空间，然后从出口管道消散。在预定时间之后，关闭发动机，并取出样品进行进一步分析。
(2)在仅UV模式的情况下，将试样放置在室中后，打开UV灯。经过预定的UV照射时间后，关闭UV灯，可以取出试样进行进一步分析。
(3)在UV和废气模式的情况下，将试样放在室中之后，开启发动机和UV灯。在预定时间之后，关闭发动机和UV灯，可以取出试样进行进一步分析。
在废气暴露预定时间之后，例如，根据上述情况(1)或(3)，关闭发动机，使废气通过安装在污染测试室顶部的气体出口管道流出室，并消散到通风橱中，无需特殊吸力。然后取出样品进行进一步分析。
在以仅UV照射模式(参见例如上述情况(2))操作城市污染环境模拟装置后，可以在关闭UV灯后立即取出试样进行进一步分析。
本公开的城市污染环境模拟装置可以根据期望的环境模拟条件在各种领域和不同的操作模式下使用。
温度范围不设定为特定范围，一般可从室温(约22至25℃)至33-36℃的温度变化。在操作模式期间，UV照射使污染测试室内的空气温度升高。然而，为了避免观察到热损害(作为对样品的副作用)，污染测试室内的温度不应该太高(例如高于40℃)，因为这也不能反映出适当的平均城市环境条件。
室内的湿度变化取决于整体室内湿度。在循环结束时，湿度可达到约55％-80％，因为当发动机运行时废气将水分带入室内。
然而，污染测试室的气体出口在运行期间一直打开，因此污染测试室内有连续的热和湿气排出。
用于测试本公开的影响和效果的方法
例如，根据本公开的城市污染环境模拟装置可以用于评估在施用个人护理组合物之前和之后光污染(UV照射)和空气污染(废气)对头发和/或皮肤的损害，以测试其抗污染效果，例如对抗颗粒物、挥发性有机化合物、NOx排放或UV照射等。
诱发的头发损伤可以使用几种不同的评估方法进行研究：
·梳理测试可以帮助评估头发美学特性和表面形态(剩余梳理功测量)；
·差示扫描量热法(DSC)和生物标志物分析可以监测头发组成的化学变化(例如确定人类头发蛋白的变性温度，如测量色氨酸降解或头发蛋白的损失)；
·扫描电子显微镜(SEM)和亮/暗场显微镜有助于观察头发纤维的美学变化，特别是角质层和污染物形态(可视化和成像)。
使用这些方法，可以在污染测试室中发束暴露之后评估不同单个成分和/或制剂(包含这些单个成分)的抗污染效果。这些结果可表明抗污染护发组合物在城市污染环境中是否有效。
剩余梳理功
梳理性可以定义为人类头发可以梳理的相对容易度或难度的主观感觉。这取决于对抗梳理的力的大小和波动。梳理性是一个重要的属性，在判断人的头发状况时总是考虑到，反映了大规模头发角质层表面的形态状况，即如果角质层有很多翻起或断裂区域，那么将会增加梳理力，另一方面，如果角质层受到良好的保护并保持完好状态，梳理头发就会更容易，梳理力会大大降低。
以前，剩余梳理功主要用于比较头发护理产品的调理性能。在本公开的操作设置中，该方法可用于评估在污染测试室中污染暴露之前和之后的头发角质层表面状况，以了解污染暴露对头发形态和美学特性造成的损害。
首先在污染暴露前测量发束干梳理功，然后进行污染暴露实验。
可以使用标准的清洁表面活性剂溶液来清洁发束，以去除沉积在头发表面的所有污染物。在干燥头发之后，在污染暴露之前和之后，对发束进行干梳理功测试。然后根据下列等式计算剩余梳理功：
随着污染的增加，观察到剩余梳理功的持续增加，从而表明头发角质层表面变得越来越粗糙，头发纤维在连续污染暴露时越来越倾向于缠结。尽管通过清洁表面活性剂溶液可以去除污染物，但是显示即使污染物去除后，由污染物和UV造成的永久性损害仍然持续，角质层表面仍然粗糙，难以梳理。
差示扫描量热法(DSC)
DSC确定人头发蛋白质结构的变性温度，即加热时蛋白质结构破裂的温度。人类头发由嵌入所谓的无定形(非结晶)蛋白质材料基质中的α-螺旋(结晶)蛋白组成。变性温度是蛋白质基质稳定性的指标。温度越低，头发受损越多。它是用于定量测定内部头发损伤的最敏感的方法之一。例如，与原始头发相比，已经经过认可的高度压力漂白头发处理的漂白头发具有显著较低的Tmax值，从而表明在漂白过程中由过氧化氢引起的化学损伤。相比之下，暴露于污染的头发，Tmax值可能更低，表明污染导致头发蛋白质受到更多的损害。
色氨酸降解
色氨酸是人类头发角蛋白中存在的氨基酸。头发中的色氨酸通常以固体荧光测定法直接测量。众所周知，色氨酸是对UV光敏感的氨基酸。随着污染暴露的增加，色氨酸在污染暴露下色氨酸降解。
头发蛋白质损失测量
人类头发由大约80％的蛋白质组成。蛋白质是确定人类头发形状的关键组成部分。一般来说，头发蛋白质非常稳定，难以溶于水溶液。然而，在各种内部或外部应力下，例如机械磨损、光致辐照、疾病或老化，头发蛋白质倾向于洗脱出发干，作为头发损伤的迹象。溶液中头发蛋白质洗脱的测量可用于了解头发损伤程度。表面活性剂与蛋白质形成可溶性胶束样复合物，导致其溶解。与水溶液相比，表面活性剂除去内皮细胞和皮层中的可提取物质，使黑色素颗粒易于去除，此外，十二烷基硫酸钠(SDS)会引起头发蛋白变性，并且与水相比，从头发提取两倍的蛋白质。头发蛋白质增溶随着污染的增加而增加，表明当浸入表面活性剂溶液中时，头发变得更加受损，更脆，并且倾向于更多地洗脱到溶液中。
可视化和成像
头发表面的形态变化是不希望的，因为它们引起光泽损失，粗糙度增加和发尾分叉。这些作用在角质层中更为频繁，角质层是发束的最外层，因此最为暴露于环境破坏(例如阳光照射或反复洗涤)。沉积在头发表面的颗粒物质(PM)可以在SEM下观察。与未污染的头发相比，在污染暴露后，沉积在头发表面上的颗粒有显著的分布。沉积在头发表面上的颗粒是首先具有<250nm的初级颗粒的小尺寸，但倾向于聚集成1-2微米的大颗粒。在SEM照片中，最多观察到的颗粒小于0.1微米，这表明它们来自废气，并且其中一些倾向于在头发表面上聚集成大颗粒。
也可以使用亮/暗场显微镜观察头发纤维的形态变化。与SEM方法相比，亮/暗场显微镜在污染暴露实验后立即进行，因为成本较低，可用于更大规模地观察头发形态，以获得第一个概述。随着污染暴露的增加，头发表面上沉积的颗粒越来越多，头发表面看起来越来越脏。即使在清洁之后，当已经去除了那些沉积的颗粒时，仍然可以检测到损伤的角质层表面。可以应用暗场显微镜来检查和成像污染的发束。与通常的光学显微镜(亮场)不同，在暗场技术中，穿过样本的光被眼睛衍射、反射和/或折射，使得这些微弱光线能够进入目标。然后，样本可以被视为另一黑色背景上的明亮物体。暗场显微镜可能有助于更好地识别头发表面上的沉积颗粒和翻起的角质层边缘。
本公开的实施方案
根据本公开的污染测试室提供在相同空间中组合UV光和废气并将样品暴露于定义的城市污染状况的可能性。污染测试室可以是任何合适的形状，例如方形、圆柱形、矩形等。污染测试室可以是适合于实验室通风橱，优选实验室台式通风橱的任何尺寸。通风橱通常具有1000mm到2000mm的宽度。深度可以在700mm和900mm之间变化，并且高度通常为大约2000mm，但是可以在1900mm到2700mm的范围内。优选地，调整污染测试室的尺寸，使整个城市污染装置(包括发动机和冷却箱)可以安装在通风橱中。
一个或多个UV灯优选安装在污染测试室的竖直侧壁上。任选地，在UV灯和废气填充空间之间放置对液体、气体、水分和有机蒸气具有低渗透性但允许紫外线辐射全部透过的UV透过隔离膜，以保护污染测试室内壁，尤其是UV灯不被废气污染。UV灯可以是UVA灯或UVB灯，或两者的组合，具体取决于所需的测试设置。然而，为了达到均匀的辐照度，一个实验中应只安装一种类型的UV灯，因为混合不同类型的UV灯会导致落在样品上的光线不一致，从而可能导致不一致的结果。
UVA灯特别适于本公开的设置，因为UVA灯不具有低于295nm的正常太阳截止(solar cut-off)的任何UV输出，并且通常不会像UVB灯那样快地降解材料。此外，它们通常提供与实际室外风化更好的相关性。
因此，优选地，UVA灯安装在污染室中，其提供在从365nm的临界短波长区域降到295nm的太阳截止(峰值发射在340nm)的阳光的模拟。这些对于不同制剂的比较试验特别有用。
在本公开的另一个实施方案中，可替代地，UVB灯可以安装在污染室中，其提供UVB辐射，包括通常在地球表面上发现的最短波长的阳光。由于这些UVB灯发出不自然的，短波长的UV低于295nm的太阳截止(峰值发射为313nm)，因此可以安装UVB灯以获得更快的测试结果。
在任何合适的位置，一个或多个网格架水平安装在污染测试室中。在网格架上，样品可以悬挂，例如需要竖直放置的样品(例如发束)，或者可以放置在需要水平放置的样品(例如在烧杯或试管中的液体样品)，或两者的组合，使得更多样品可以在同一时间和相同条件下暴露于污染。网格架优选由金属制成，例如不锈钢、钢、氧化铝。
在污染室的废气入口上方安装有多孔板，以将进入的废气均匀分布在污染测试室的内部空间内。优选地，废气入口和多孔板安装在室的底部。
样品可以是固体基质如发束或人造皮肤，或流体基质如即用型制剂，或衍生自人体的分离的化合物，其可以在头发和/或皮肤表面上发现，像例如角鲨烯、合成皮脂等，以研究城市污染对这些物质(独立于人体)的影响。当然，可以用个人护理组合物处理发束或人造皮肤，以评价对经处理的头发或皮肤的保护作用。
但是，出于个人和环境安全的考虑，在污染测试室评估的样品不应具有爆炸性或易燃性，也不会对人体和环境造成危害。
实施例
实施例1污染测试室的操作
建立了模拟城市污染环境的城市污染环境模拟装置，以评估对头发的污染影响。
图1所示的本公开的城市污染环境模拟装置包括：
柴油发动机(1)；
宽度为40cm，长度(或深度)为65cm，高度为140cm的污染测试室(2)，其中，在污染测试室的每个侧壁上安装有四个UVA灯(3)，并且其中由FEP制成的UV透过隔离膜(4)放置在UV灯和废气填充空间之间，以避免废气污染；
将用于发束的由不锈钢制成的三排吊架(5)水平地安装在测试室的中部，从室的后壁到前面，以使发束同时暴露于UV灯的完全照射和废气；
安装在污染测试室底部、废气入口上方的多孔板(6)，以更均匀地分配来自发动机的废气；
三个废气管道安装在污染测试室的顶部，用于将污染测试室的废气引导到以下三个传感器：
温度/湿度传感器(7)；
在线气体浓度分析仪(8)；和
PM2.5/PM10分析仪系统(9)
以监测污染室环境；
安装在污染测试室前面的污染测试室门(10)；
安装在污染测试室顶部的气体出口管道(11)，以将废气排放到通风橱中；
安装在污染测试室底部的气体入口管道(17)，以使废气进入通风橱；
包括用于冷却废气的进水口(14)和出水口(15)的冷却箱(12)，其中废气回路管道(13)浸没在水中，并且管道连接到发动机，并且连接到测试室的底部，安装温度传感器(16)以在进入回路管道之前监测废气的温度。
当柴油发动机打开时，产生废气。废气进入管道，管道浸入冷却箱内的循环水中。通过冷却箱后，废气从底部进入测试室，首先通过多孔板以变得更均匀分布，然后进入测试室的主体。
当安装在污染室的每个竖直侧壁上的四个UVA灯被打开时，它们开始发射UV照射。UV照射模拟从365nm的短波长区域降到295nm的太阳截止(峰值发射在340nm)的太阳光照射。
在本实施例中，在操作本公开的城市污染环境模拟装置时，首先开启柴油发动机和UV灯。
城市污染暴露模拟为6小时连续UV照射的过程，其中柴油机运行三个时期，每次持续30分钟。因此，在总6h期间，柴油发动机在0h开始时开启，30min后关闭，2小时后(即从开始时起2.5h)再次启动发动机，然后在5h时再次开启发动机6h，因此，如上所述，每次运行30分钟。在测试周期结束时，发束总共暴露于6小时的UV照射。虽然发动机总共产生废气1.5小时，但发束暴露于废气的时间比1.5h长，因为发动机停止后废气不会立即从室中消散掉。在图3和图4中可以看出，气体监测图和PM分析图显示即使在发动机关闭后，需要另外约30分钟或甚至更长时间气体才能完全从污染测试室消散。
图3和图4显示了不同阶段测试室内气体分析和PM分析的结果。
室内的温度和湿度条件如表1所示。
表1.室内的温度和湿度条件
测试开始(0h) 测试结束(6h)
室中温度(℃) 25.5 31.9
室中湿度(％) 34.5 55.4
将发束捆在发束吊架上，并暴露于如上所述污染测试室模拟的污染环境。
通过显微镜对发束进行光学分析，以观察在暴露于模拟城市污染条件之前和之后的头发表面变化。
如图2所示，在暴露于废气和UVA后，可以看出，废气颗粒沉积在头发表面上，角质层翻起。
为了评估头发护理组合物的功效，用这种头发护理组合物处理的发束同时暴露于相同的城市污染条件下，并且在暴露之前和之后进行分析。
实施例2用本公开的污染测试室评价护发组合物的抗污染效果的方法
2.1测试：
比较两种不同聚合物溶液和一种留置配制剂对发束的抗污染效果
2.2测试目标：
用两种不同的聚合物溶液和一种留置制剂处理的发束进行初步试验，以了解聚合物溶液和留置制剂对头发的抗污染效果。
2.3测试准备
在初步试验中，干净漂白的中国发束用作头发试样。测试的制剂有两种类型，第一是两种碱性聚合物溶液(表2)，第二是一种含有聚合物的留置调理剂(表3)。
表2.碱性聚合物溶液
*1聚合物1是通常用于增强皮肤和头发护理配制剂的性能的缔合增稠剂制剂；聚合物1溶液I中的最终浓度为1重量％
*2聚合物2是包含季铵官能团的阳离子聚合物的制剂，通常用于流变学控制并显示良好的铺展性以及对头发和皮肤的调理性能；聚合物2溶液II中的最终浓度为1重量％
表3.留置调理剂配方
*3聚合物3是包含季铵官能团的阳离子聚合物的制剂，通常用于头发造型产品以及头发和皮肤调理；聚合物3溶液III中的最终浓度为1重量％
2.3测试执行：
发束在自来水下润湿1分钟，然后在气候控制室中干燥15分钟(35℃，50％RH)至半干燥状态。然后将聚合物溶液或留置配制剂均匀地施加在发束上(0.3g/2g发束)，将发束良好地梳理，然后在气候控制室(23℃，55％RH)中放置干燥过夜。然后将经处理的头发放入污染室，暴露于实施例1所述的6小时污染周期(0.5h*3+6h UVA)。然后取出发束用标准表面活性剂溶液清洗，以从发束中除去沉积的污染物。然后将聚合物溶液或留置配制剂再次均匀地施加在发束上(0.3g/2g发束)，将发束良好地梳理，然后在气候控制室(23℃，55％RH)中放置干燥过夜。重复暴露于6h污染周期另外5次。
成分 标准表面活性剂溶液
浓度，重量％
水 77.9
椰油酰胺丙基二甲基甘氨酸 5.4
月桂基聚氧乙烯醚硫酸钠 14.3
苯甲酸钠 0.5
氯化钠 1.9
2.4测试结果：
总共暴露于6个6h污染周期后，对试样进行分析。为了评估所测试配制剂的抗污染效果，根据以下三种评估方法(以上进一步描述)分析发束。
2.4.1显微镜成像
比较清洗前后污染头发的显微镜照片。可以看出，在施用聚合物溶液的情况下，头发的角质层表面看起来比未处理组更好的形状，在施用留置调理剂的情况下，头发的角质层表面甚至更平滑(图5)。
2.4.2剩余梳理功试验
用三种不同制剂处理的三组发束的剩余梳理功显著低于未经任何制剂处理并刚刚暴露于污染物的对照组。这表明3个处理组的角质层表面比对照组更光滑，摩擦力更低。对于3组，两种聚合物溶液梳理功(聚合物1溶液I和聚合物2溶液II)显著高于留置聚合物3制剂III。除了一些润肤剂之外，留置调理剂还含有阳离子聚合物，这些一起可能提高整个留置调理配制剂的抗污染功效(图6)。
2.4.3色氨酸分析
对于色氨酸降解，“未处理”组的色氨酸含量最低，表明损伤程度最高。随着聚合物1和聚合物2溶液或者具有聚合物3的留置调理剂的应用，色氨酸水平也提高，尤其是调理剂(图7)。
2.5测试评估
为了模拟城市污染环境，本公开的城市污染室在同一测试环境中结合废气和UV照射，在评估城市污染对未处理头发的影响以及头发护理化合物和头发护理组合物对处理头发的抗污染效果时，显示出有效的结果。
对于暴露于污染室中的头发，可以使用各种评估方法来评估由污染引起的头发损伤水平。
用测试污染室，发现在头发暴露于污染后，头发梳理功稳步增加，表明头发角质层表面由于暴露于污染而变得越来越粗糙。暴露于污染后，色氨酸更倾向于降解，头发蛋白质更倾向于溶解于SDS溶液中。可视化有助于例如以确定暴露于污染后头发表面的形态变化，这不仅显示了损伤的角质层表面，而且还显示了沉积在头发表面上的污染物。

Claims (14)

1.一种城市污染环境模拟装置，其特征是包括发动机、冷却箱和包含一个或多个UV灯的污染测试室、温度/湿度传感器、在线气体浓度分析仪、PM2.5/PM10分析仪系统、气体入口管道和气体出口管道，其中，发动机排出废气，并通过气体管道连接到冷却箱，其中气体管道与冷却箱中的水接触，冷却箱还经由气体管道进一步与污染测试室连接；其中所述一个或多个UV灯安装在所述污染测试室的壁上；其中温度/湿度传感器、在线气体浓度分析仪和PM2.5/PM10分析仪系统通过气体管道与污染测试室连接，其中气体入口管道允许废气排入污染测试室，气体出口管道允许废气排出污染测试室。
2.根据权利要求1所述的城市污染环境模拟装置，其特征是气体入口管道安装在污染测试室的底部，气体出口管道安装在污染测试室的顶部。
3.根据权利要求1所述的城市污染环境模拟装置，其特征是包括在气体管道入口上方的多孔板，允许废气通过多孔板并进入污染测试室。
4.根据权利要求2所述的城市污染环境模拟装置，其特征是包括在气体管道入口上方的多孔板，允许废气通过多孔板并进入污染测试室。
5.根据权利要求4所述的城市污染环境模拟装置，其特征是多孔板在污染测试室的底部。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的城市污染环境模拟装置，其特征是所述一个或多个UV灯安装在所述测试室的侧壁。
7.根据权利要求6所述的城市污染环境模拟装置，其特征是包括位于UV灯和污染测试室的废气填充空间之间的UV透过隔离膜。
8.根据权利要求1-5和7中任一项所述的城市污染环境模拟装置，其特征是所述发动机是柴油发动机或汽油发动机。
9.根据权利要求6所述的城市污染环境模拟装置，其特征是所述发动机是柴油发动机或汽油发动机。
10.根据权利要求1-5、7和9中任一项所述的城市污染环境模拟装置，其特征是包括安装在所述室中的一个或多个网格架，用于竖直悬挂样品或水平支撑样品。
11.根据权利要求10所述的城市污染环境模拟装置，其特征是网格架从测试室的后壁向前方安装。
12.根据权利要求10所述的城市污染环境模拟装置，其特征是所述网格架是金属网格架。
13.根据权利要求11所述的城市污染环境模拟装置，其特征是所述网格架是金属网格架。
14.根据权利要求12或13所述的城市污染环境模拟装置，其特征是金属网格架选自不锈钢、钢或氧化铝。
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