DE2518568A1

DE2518568A1 - Sonnenbranddosimeter

Info

Publication number: DE2518568A1
Application number: DE19752518568
Authority: DE
Inventors: Arnold Zweig
Original assignee: American Cyanamid Co
Current assignee: Wyeth Holdings LLC
Priority date: 1974-05-09
Filing date: 1975-04-25
Publication date: 1975-11-20
Also published as: YU113375A; CH612006A5; DE2518568C2; GB1507486A; CA1038272A; ES437528A1; NL182671C; FR2270569B1; ZA752025B; NL182671B; BE828593A; BR7502355A; AR211324A1; FR2270569A1; IT1035394B; AU7979575A; US3903423A; NL7505397A

Description

PFENNING - MAAS - SBLEH
ΜΕίΓ,ΜΘ - LIiP. :ΚΓ-' - SPOTT

GOCO [ν;0Μΰ!-!=::-:\Ι AO
SCHLE!3SHEIfvicP.STR. 299

Case 25,237 tM/th

American Cyanamid Company, Wayne, New Jersey/USA

Sonnenbranddos imeter

Die Erfindung betrifft ein ständig ablesbares, integrierendes Sonnenbranddosxmeter zur schnellen visuellen Abschätzung der durch Einwirkung einer Strahlenenergie im Sonnenbrandbereich von etwa 290 bis etwa 320 im kumulierten Sonnenbrandwirkung.

Die Gefahr des Sonnenbrands, das heißt des Verbrennens der menschlichen Haut oder der Haut anderer Säugetiere durch die Strahlen der Sonne ist seit langem bekannt. Erst in jüngerer Zeit ist bekannt geworden, daß die den Sonnenbrand verursachenden Strahlen der Sonne in der Tat unsichtbar sind.

Die den Sonnenbrand verursachenden Strahlen besitzen eine Wellenlänge, die überwiegend in einem Bereich von etwa 290 bis 320 Nanometer (nm) liegt. Die Verbrennungswirkung ist verhält-

509847/0795

25Ί8568

nismäßig schlecht vorauszusagen, da die Atmosphäre der Erde als Filter wirkt und für ultraviolette Strahlen undurchlässig wird, die eine Wellenlänge von weniger als etwa 290 nm besitzen. Daher hat die Dicke der Atmosphäre, durch die die Strahlen hindurchdringen müssen, eine erhebliche Wirkung auf die Intensität der bräunenden Strahlen der Sonne. Wenn beispielsweise im Winter die Sonnenstrahlen mit einem flachen Winkel einfallen, wird die Bräunungswirkung der Sonne in einem größeren Ausmaß vermindert als die sichtbaren Strahlen, für die die Atmosphäre der Erde im wesentlichen transparent ist. In ähnlicher Weise ist in großer Höhe, selbst wenn die Sonne für das menschliche Auge nur geringfügig heller erscheint, die Zunahme der Intensität der bräunenden Strahlen der Sonne wesentlich größer als es der normale Beobachter allgemein annimmt, so daß in sehr großen Höhen Schutzmaßnahmen gegen die Verbrennungswirkung der Sonne absolut erforderlich sind. Weiterhin durchdringen die bräunenden Strahlen der Sonne die Wolkenschichten besser als das sichtbare Licht, so daß häufig der Fall eintritt, daß selbst bei bedecktem Himmel ein Sonnenbrand verursacht wird, selbst wenn aufgrund der sichtbaren Strahlung die Intensität für einen Sonnenbrand nicht auszureichen scheint. In diesem Fall ist, wie auch sonst, die Erfahrung der beste Lehrer, wobei die Unterweisung in gewissen Fällen zu weitgehend ist.

Die Intensität in dem Spektralbereich von 290 bis 320 nm muß direkt gemessen werden, da sie in einer der gesamten Lichtstrahlung nicht direkt proportionalen Weise mit der Tageszeit, der Jahreszeit und der Wolkenbedeckung variiert.

Es sind bereits Versuche unternommen worden, die freiliegende menschliche Haut durch Lotionen und Salben, die das Licht kürzerer Wellenlängen, insbesondere das Ultraviolettlicht mit Wellenlängen von weniger als etwa 330 oder 340 nm absorbieren, zu schützen. Ein erheblicher Anteil der Bräunungswirkung der Sonne wird durch Sonnelicht mit einer Wellenlänge zwischen etwa 320 und etwa 400 nm hervorgerufen, so daß bei einer entsprechenden Filterung eine beträchtliche Zunahme des Verhältnisses von bräunenden

509847/0795

zu verbrennenden Strahlen erzielt werden kann.

Lewis R.Koller gibt in "ULTRAVIOLET RADIATION" (2.Auflage, John Wiley, New York (1965), insbesondere Seiten 226 bis 232) Werte in Bezug auf die Erythemwirkung von ultravioletter Strah-

lung. Bei etwa 2967 A ergibt sich die maximale Wirkung, wobei das minimale feststellbare Erythem (MPE) durch die Einwirkung von 250 000 erg/cm² verursacht wird.

Eine informative Diskussion der Ultraviolettstrahlung findet sich in dem Artikel von P.Cutchis "STRATOSPHERIC OZONE DEPLETION AND SOLAR ULTRAVIOLET RADIATION ON EARTH" (Science, 184, Seiten 13 bis 19, 5. April 1974).

Es sind bereits Versuche unternommen worden, die Intensität der verbrennenden Strahlen der Sonne zu messen. Die in der US-PS 3 742 240 (Jonasson, METER FOR MEASURING TANNING CAPABILITY OF SUNLIGHT) beschriebene Vorrichtung verwendet eine Selen-Sperrschichtphotozelle mit einem Filter, der lediglich ultraviolette Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 300 und 390 nm durchläßt, so daß man zu jedem Augenblick ein Maß für die Bräunungswirkung ablesen kann. Es wäre jedoch eine komplizierte Schaltung notwendig, um die Einwirkung der Strahlung zu integrieren.

In der US-PS 3 710 1.15 (Jubb, 9. Januar 1973, SUNBURN WARNING DEVICE COMPRISING DETECTING THE ULTRA-VIOLET COMPONENT OF SOLAR RADIATION) ist eine Sonnenbrandwarnvorrichtung beschrieben, die einen Filter aufweist, der das Licht der Sonne mit einer Wellen-

länge von mehr als 3000 A (300 nm) zurückhält. In dieser Druckschrift ist ein Integratorschaltkreis beschrieben.

Es hat sich nunmehr gezeigt, daß man ein billiges, wegwerfbares, ständig ablesbares, integrierendes Sonnenbranddosimeter dadurch herstellen kann, daß man eine chemische Verbindung verwendet, die bei dem Einfall eines Lichtes mit einer Wellenlänge im Bereich von 290 bis 320 nm irreversiblen Farbänderungen unter-

509847/0795

liegt, wobei die Farbänderung eine Funktion der gesamten Belichtung mit der Strahlenenergie in diesem Sonnenbrandbereich von 290 bis 320 nm ist. Da die Farbänderung vollständig irreversibel, und eine Funktion der kumulierten Dosis ist, erhält man eine Färbung, die in Korrelation steht zu dem integrierten Wert der verbrennenden Wirkung der Sonnenstrahlen auf die menschliche Haut, so daß man durch einen Vergleich der durch die einfallende Strahlung verursachten Farbänderung mit einem Eichfeld für Farbänderungen die kumulierende Wirkung der Sonnenstrahlen auf die menschliche Haut genau abschätzen und damit ein zu langes Aussetzen der Sonnenstrahlung vermeiden kann. Die Haut benötigt jedoch mehrere Stunden, bis sich die aufgrund der zu langen Einwirkung der Sonne verursachte volle Verbrennungswirkung bemerkbar macht.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein ständig ablesbares, integrierendes Sonnenbranddosimeter zur schnellen visuellen Abschätzung der durch Einwirkung einer Strahlenenergie im Sonnenbrandbereich von etwa 290 bis etwa 320 nm kumulierten Sonnenbrandwirkung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine Testzone, in der eine chemische Verbindung vorhanden ist, die bei einer einfallenden Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 290 bis etwa 320 nm irreversiblen Farbänderungen unterliegt, und daran angrenzend mindestens ein Standardfarbfeld mit einer Färbung, die die Testzone nach einer vorherbestimmten Zeit annimmt, umfaßt, so daß. man durch schnelle visuelle Beobachtung die von der Testzone angenommene Farbintensität mit der Färbung des Standardfarbfeldes vergleichen kann.

Da die Sonnenempfindlichkeit der Haut verschiedenartiger Individuen stark variiert, muß für jedes einzelne Individuum ein Faktor angenommen werden. Der blonde nordische Typ, der nicht während einer langen Zeit einer erheblichen Strahlung ausgesetzt war, beispielsweise nach einem harten Winter, ist wesentlich empfindlicher für die verbrennenden Strahlen der Sonne als beispielsweise Personen, die von Haus aus brünett oder dunkelhäutig sind und die in dem Sommer während einer langen Zeitdauer

509847/0795

den Bräunenden Strahlen der Sonne ausgesetzt waren. Beispielsweise besitzt ein Lebensretter, der während praktisch der gesamten Schwinunsaison der Sonne ausgesetzt war, eine Haut,die gegen die verbrennende Strahlung der Sonne wesentlich resistenter ist als die Haut desselben Individuums zu Beginn der Saison. Auch Neger können einen Sonnenbrand erleiden, der ebenso schmerzhaft ist, wobei die Rötung der dunklen Haut wesentlich schwieriger festzustellen ist.

Somit muß bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein von dem einzelnen Individuum und der Empfindlichkeit seiner Haut abhängender Faktor eingeführt werden, so daß, aufgrund der Tatsache, daß die durch die verbrennenden Strahlen der Sonne auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung hervorgerufenen Farbänderungen eine vergleichsweise genaue Abschätzung der gesamten Strahlungsmenge ermöglichen, die in einem Wellenlängenberexch von 290 bis 320 nm von der Vorrichtung aufgenommen worden sind, der Benutzer,nachdem er die für ihn zuständige Personengruppe ermittelt hat, ohne weiteres den Zeitpunkt feststellen kann, nachdem die gesamte Belichtung den Bereich erreicht, in dem eine zu starke Bräunung bzw. ein Sonnenbrand auftritt.

Da die oberen Schichten eines Dosimeters dadurch, daß sie sich dunkel färben, die darunterliegenden Schichten gegen die Einwirkung der Sonne schützen können, kann und muß die Farbänderung nicht eine geradlinige Funktion der Belichtung mit dem ultravioletten Licht sein. Ein logarithmischer Maßstab wäre sehr geeignet. Dadurch, daß Eichfelder vorhanden sind, denen gegenüber die Verdunklungswirkung durch Vergleich ermittelt wird, kann der Benutzer sich ohne weiteres über die beginnende Gefährdung durch eine zu starke Sonnenbestrahlung informieren, und zwar unabhängig von der Farbänderungskurve.

In vielen Fällen ist eine schwache Rötung relativ erwünscht, da sie die Bestrahlungsmenge anzeigt, die ohne Schmerzen und ohne Hautreizung zu einer Bräunung der Haut führt. Je stärker sich die Haut rötet, umso mehr nehmen die Empfindlichkeit, der Schmerz und

509847/0795

die Gefahr der Hautablösung und der Blasenbildung zu.

Da die Wirkungen der Sonnenstrahlen auf die Haut sich aufaddieren und verzögert bemerkbar machen, ist es erwünscht, daß die erfindungsgemäße integrierende augenblickliche Ablesung des Sonnenbranddosimeters dazu verwendet wird, dem Benutzer einen Hinweis darauf zu geben, was die Wirkung der Sonnenbestrahlung ist, die nach einigen Stunden nach Ablauf der Bestrahlung und zum Zeitpunkt einer maximalen Reaktion der Haut auftritt.

Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung überwiegend darauf gerichtet ist, die Wirkung der Bestrahlung mit Sonnenlicht anzuzeigen, kann auch die Strahlung anderer Quellen in ähnlicher Weise gemessen werden, um die Verbrennungswirkung (Erythemwirkung) des in der Strahlung vorhandenen Ultraviolettanteils zu bestimmen. Wegen der Filterwirkung der Atmosphäre muß der auf der Erdoberfläche lebende Benutzer sich nicht um Strahlungen der Sonne mit einer Wellenlänge von wesentlich weniger als 290 nm kümmern. Im Weltraum oder an der Erdoberfläche, wenn als Quelle der ultravioletten Strahlung ein elektrischer Lichtbogen, ein Gasentladungsrohr oder eine andere Ultraviolettlichtquelle vorhanden ist, kann eine Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als 290 nm von Bedeutung sein. Die Erdatmosphäre wird für das Ultraviolettlicht umso undurchlässiger, je mehr die Wellenlänge des Lichtes sich von 290 nm auf etwa 200 nm verkürzt. Die Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als 200 nm ist als "Vakuum-UV" bekannt, da die Strahlung dieser Wellenlänge durch ein Vakuum geführt werden muß, weil die Luft für diese Strahlung so undurchlässig ist, daß selbst eine in dem Ultraviolettlichtstrahl vorhandene dünne Luftschicht dazu ausreicht, die Strahlung zu absorbieren. Das erfindungsgemäße Sonnenbranddosimeter ist für eine Strahlung für eine Wellenlänge von weniger als 290 nm empfindlich, so daß es,wenn die Ultraviolettlichtquelle sich in genügender Nähe der Person befindet, daß die Luft die Strahlung nicht absorbiert, die verbrennende Wirkung dieser Strahlung rechtzeitig anzeigt, so daß der Benutzer entsprechende Gegenmaßnahmen ergreifen kann. Einige Kunststoffe sind für Strahlungen mit einer

509847/0795

Wellenlänge von wesentlich weniger als 290 nm nicht durchlässig, so daß die Transparenz des Kunststoffbehälters oder der Matrix für die Dosimeterverbindung für einen bestimmten Strahlungsbereich ein die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung bestimmender Faktor ist. Die Undurchlässigkeit des Kunststoffs kann als Filterfaktor benutzt werden, um ein angemessenes Ansprechen der Dosimeterverbindung zu erreichen. Einige der sogenannten Höhensonnen und andere Lichtquellen liefern Ultraviolettlicht mit einer Wellenlänge im Bereich von weniger als 290 nm, so daß die Haut innerhalb weniger Minuten verbrennt, so daß eine geeignete Messung und entsprechende Gegenmaßnahmen von dem Benutzer eingeleitet werden müssen.

Es können zwei Systeme verwendet werden, um eine wirksame Ablesung der verbrennenden Strahlen der Sonne oder einer anderen Lichtquelle zu erreichen, die eine Wellenlänge von weniger als 320 nm besitzen.

Ein erstes und äußerst bequemes System ist die Verwendung einer Verbindung, die nur durch Strahlungen mit einer Wellenlänge von weniger als 320 nm dunkel gefärbt wird. Die in der US-PS 3 671 239 (Zweig, 20. Juni 1972, PHOTODECOMPOSITION OF OXAZOLIDINE-DIONES AND SIMILAR ANHYDRIDES) beschriebenen Oxazolidin-Dione umfassen Verbindungen, die überwiegend für eine Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als 320 nm empfindlich sind. In dem Beispiel 5 der genannten US-PS 3 671 239 ist die Synthese von 3'-/p-(Dimethylamino)-pheny^-spiro-/!luoren-9,4'-oxazolidin_7-2 ', 5'-dion beschrieben. Unter der Einwirkung von Ultraviolettlicht zersetzt sich diese Verbindung zu p-Dimethylamino-N-fluoren-9-y1idin-anilin.

509847/0795

+ Br₂ +

N(CH₃);

NH₂ _χ

COCl₂ N(C₂H₅I₃

N(CH₃);

(CH₃J₂N

509847/0795

Die Synthese und einige Absorptionskurven sind auch von W.A.Henderson jr. und A.Zweig beschrieben worden (Tetrahedron, 27, 5307 bis 5313, Pergamon Press 1971 (Großbritannien), PHOTOCHEMICAL GENERATION OF IMINES FROM AZASÜCCINIC ANHYDRIDES).

Ein zweites Verfahren besteht darin, eine Verbindung zu verwenden, die nicht nur Licht mit einer Wellenlänge von weniger als 320 nm absorbiert, sondern auch Licht einer längeren Wellenlänge, und das Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 320 nm wegzufiltern. Hierdurch wird die photochrome Verbindung nur mit der Strahlung der kürzeren Wellenlänge bestrahlt. Verbindungen, wie 1-Acetoxy-2,2-dicyano-1,2-dihydro-4-methyl-1-phenyl-9-xanthenon, sprechen schnell auf die rötenden kürzeren Wellenlängen an und bilden in irreversibler Weise ein orange-gelb gefärbtes £2-/3-(oC-Acetoxybenzyliden)-3,4-dihydro-4-oxo-2H-1-benzopyran-2-yliden7-propylidenj—malonsäuredinitril. In der US-PS 3 534 063 (Huffman und oilman, 13. Oktober 1970, PHOTOCHROMIC CYCLOHEXADIENE COMPOUNDS) sind derartige Verbindungen und Verfahren zu ihrer Synthese beschrieben. Die obige Verbindung ist in dem Beispiel 6 dieser Patentschrift angegeben, wo sie als 1 -Acetoxy-4-methyl-9-oxo-1 -phenyl-2,2/"1 H7-xanthendicarbonsäurenitril bezeichnet wird. Die Zersetzungsgleichung scheint die folgende zu sein:

CH3 CN

509847/0795

Die Farbentwicklung verläuft vergleichsweise linear. Das Absorptionsspektrum des genannten Xanthenons erstreckt sich bis zu Wellenlängen von mehr als .365 mn. Die Verbindungen werden durch Belichten auch in Räumen dunkel, wenn keine erythembildenden Strahlen vorhanden sind. Mit Hilfe eines Filters, der das Material vor Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 320 nm schützt, kann die durch das Licht der kürzeren Wellenlängen verursachte Färbung dazu verwendet werden, die verbrennende Strahlung der Sonne nachzuweisen.

Für irgendein gegebenes System muß die die Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als 320 nm absorbierende Verbindung für diese Strahlung vergleichsweise empfindlich sein, damit die Veränderungen mit der Intensität des ultravioletten Lichts in dem Sonnenlicht bei Dosierungen erfolgen, die für eine überwachung des Sonnenbrands geeignet sind, wobei das Zersetzungsprodukt das sichtbare Licht absorbieren muß, wenn eine sichtbare Farbänderung mit dem menschlichen Auge festgestellt werden soll.

In der Nähe der Testzone werden Standardvergleichsfelder oder -platten angeordnet, so daß sich neben der Testzone ein Farbstandard befindet, der einen visuellen Vergleich durch den Benutzer ermöglicht. Als Standardfarbfeld oder -feider kann bzw. können ein Papier oder ein Kunststoff vorhanden sein, das mit dem Farbstandard bedruckt oder in den der Farbstandard eingearbeitet ist. Vorzugsweise besteht der Farbstandard aus einem Kunststoffmaterial, das etwa das gleiche Aussehen wie die Testzone besitzt oder der Farbstandard liegt in Form eines Behälters vor, der das gleiche Aussehen wie die Testzone aufweist und eine Vergleichskonzentration des Farbstoffs enthält, so daß lediglich eine Veränderung der Farbtiefe berücksichtigt werden muß, da sämtliche anderen visuellen Eigenschaften des Standardfarbfeldes und der Testzone identisch sind. Da das Reflexionsvermögen oder der Glanz und sämtliche anderen Eigenschaften die gleichen sind, kann selbst ein ungeschultes und untrainiertes Auge schnell bewerten, welches der vorhandenen Standardfarbfelder am besten mit der Testzorie übereinstimmt, so daß bei einer minimalen Interpolierung eine nützliche Ablesung der

509847/0795

Wirkung der verbrennenden Strahlen der Sonne erzielt wird.

Weitere Ausführungsformen, Gegenstände und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, den Beispielen und den Zeichnungen. Alle angegebenen Teile sind, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht bezogen.

Die Fig. 1 zeigt eine runde Testzone, die von vier Vergleichsfeldern umgeben ist.

Die Fig. 2 gibt eine sechseckige Testzone wieder, die von sechs Vergleichsfeldern umgeben ist.

In der Fig. 3 ist eine quadratische Testzone mit darum herumliegenden Vergleichsfeldern gezeigt.

Die Fig. 4 zeigt eine dreieckige Testzone mit drei benachbarten Vergleichsfeldern.

Die Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die Testzone, die Vergleichsfelder, die Unterlage und die Stützmaterialien.

Beispiel 1

Mit Hilfe einer Rakel trägt man auf eine durchsichtige Polyesterfilmgrundlage (Mylar ^ ) eine Lösung von 5 Gewichtsteilen 3'-Zp-(Dirnethylamino)-phenyl7-spiro-/fluoren-9,4'-oxazolidin/-2^l,5'-dion und 95 Gewichtsteile Polyäthylacrylatharz (das als Elvacite ^ 2042 Acrylharz erhältlich ist) in 900 Gewichtsteilen einer Toluol/Methyläthylketon-Mischung (1:1 Volumen/Volumen) auf, so daß man einen getrockneten Überzug mit einer Dicke von 0,0762 mm (3,0 mil) Dicke erhält. Wenn man den anfänglich farblosen Film an einem klaren Tag Mitte April in Stamford, Connecticut, USA, von 10 Uhr früh an dem normalen Sonnenlicht aussetzt,so nimmt er eine rote Färbung an. Die optische Dichte des Films bei 480 nm (bei oder in der Nähe des im sichtbaren Bereich liegenden Absorptionsmaximums,das für die rote Färbung verantwortlich ist, beträgt:

509847/0795

Nach 30 Minuten 0,29,

nach 60 Minuten 0,40,

nach 120 Minuten "0,58 und

nach 240 Minuten 0,70.

Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, wird ein Teil des in dieser Weise hergestellten Films zu einem Kreis mit einem Durchmesser von etwa 1,3 cm (0,5 inch) zerschnitten und als Testzone 11 auf eine Stützplatte 12 aufgebracht, die auf ihrer Oberfläche mit vier Standardfarbfeldern bedruckt ist. Nach einem 30minütigen Belichten an einem klaren Tag Mitte April in Stamford, Connecticut, USA, stimmt die Färbung der Testzone mit der Färbung des Feldes 13 überein, das für eine empfindliche Haut steht; nach 60 Minuten entspricht die Färbung der Testzone der Färbung des Feldes 14, das für normale Haut steht; nach 120 Minuten stimmt die Färbung des Testfeldes mit der Färbung des Feldes 15 überein, das für eine widerstandsfähige Haut steht? nach 240 Minuten stimmt die Färbung des Testfeldes mit der Färbung des Feldes 16 überein, das für eine gut gebräunte Haut geeignet ist.

Beispiel 2

Unter Verwendung einer Rakel beschichtet man eine durchsichtige Polyesterfilmgrundlage (Mylar ^ ) mit einer Lösung von 10 Gewichtsteilen 3' ~/p-(Dimethylamine) -phenyiy-spiro-Zrluoren-9,4 ' -oxazolidiny-2',5'-dion und 90 Gewichtsteilen eines Polycarbonatharzes (Lexan^ 1O1) in 400 Gewichtsteilen Methylenchlorid, so daß man nach dem Trocknen einen Überzug mit einer Dicke von 0,0381 mm (1,5 mil) erhält.

Belichtet man den Film ab 1O°° Uhr früh an einem klaren Tag Mitte April in Stamford, Connecticut, USA (geographische Breite 41⁰N, Höhe etwa 3Om (10O¹) über Meeresspiegel),so verändert sich die bei 48Ό nm gemessene optische Dichte des Films wie folgt?

Nach 8O Miiraten 0,56,
nach 160 Minuten O_f98 und
nach 260 Minuten 1,22.

S09847/073S

Wie.aus der Fig. 2 zu ersehen ist, wird ein Teil des in dieser Weise hergestellten Films vor dem Belichten zu einem kleinen Sechseck 17 mit einer Seitenlänge von etwa 1,27 cm (1/2 inch) zerschnitten und mittig auf eine sechseckige Platte aufgelegt, die mit sechs Farbstandards auf Feldern versehen ist, die sich durch die Aufteilung des Sechsecks durch von der Mitte zu den sechs Ecken verlaufende Linien ergeben, wobei die Testplatte mit parallel zu den Rändern der Standardfarbplatte verlaufenden Kanten angeordnet ist. Die Standardfarbfelder entsprechen sechs verschiedenen Bestrahlungsgraden:

1. Sehr empfindliche Haut

2. Empfindliche Haut

3. Normale unbestrahlte Haut

4. Normale schwach gebräunte Haut

5. Gut gebräunte Haut

6. Widerstandsfähige gut gebräunte Haut.

Es ist zu ersehen, daß die genaue Farbtiefe auf einem relativ willkürlichen Standard beruht. Aufgrund des willkürlich gewählten, jedoch reproduzierbaren Standards ist der Benutzer in der Lage, den Schlüsselschritt der Anpassung seiner eigenen Haut an den Standard durchzuführen. Der Benutzer kann seine Haut wachsenden Dosen des ultravioletten Lichtes unterwerfen, bis er die niedrigste Dosis ermittelt hat, bei der eine merkliche Rötung auftritt, so daß der Benutzer, wenn er die durch die Bräunung verursachte zusätzliche Wxderstandsfähxgkeit berücksichtigt, genau den Augenblick abschätzen kann, zu dem er die gewünschte Strahlungsdosis aufgenommen hat, so daß er entsprechende Gegenmaßnahmen ergreifen kann.

Da die Haut verschiedener Personen nicht mit der gleichen Geschwindigkeit gebräunt wird, muß die einzelne Person gewisse Variationen berücksichtigen. Bei gewissen Personen wird für das Bräunen eine große Anzahl von geringfügig erhöhten Dosierungen notwendig, während in anderen Fällen schnelle Dosiszunahmen verträglich sind.

509847/0795

Das Dosimeter ermöglicht dem Benutzer, den Bestrahlungsgrad festzustellen, wobei der Benutzer jedoch berücksichtigen muß, ob seine Haut gebräunt wird und damit für die ultraviolette Strahlung weniger empfindlich wird.

Während der Benutzung wird die Vorrichtung etwa der gleichen Strahlung ausgesetzt wie die Haut des Benutzers. Am Strand kann das Dosimeter an einer Badekappe, der Bekleidung des Benutzers oder an einem Badelaken befestigt werden. Für eine Bestrahlung unter anderen Bedingungen kann der Benutzer die Bedingungen derart auswählen, daß die Testzone etwa der gleichen Strahlungsdosis wie die Haut des Benutzers ausgesetzt wird. Wenn der Benutzer sowohl auf der Bauchseite als auch auf der Rückenseite gebräunt wird, wie es am Strand der Fall ist, kann der Benutzer seine Ablesung entsprechend anpassen, um die Teilbestrahlung der betreffenden Hautbereiche zu berücksichtigen, die mit einer ständigen Bestrahlung der Testzone verglichen werden.

In der Fig. 3 sind eine Testzone und vier Standardfarbfelder angegeben .

Die Fig. 4 zeigt eine dreieckige Testsone und drei Farbstandards, die mit Markierungen hinsichtlich der Empfindlichkeit der Haut, nämlich "empfindlich", "normal" und "widerstandsfähig" versehen

In der Fig. 5 ist ein Querschnitt durch das in der Fig. 2 wiedergegebene Dosimeter dargestellt, der die Testzone 17 zeigt, die von dem Standardfarbfeld 18 umgeben und an einer Stützplatte 19 befestigt ist. Unterhalb der Stützplatte 19 befindet sich eine Schicht 20 aus einem selbstklebenden Klebstoff, die mit Hilfe einer Schicht 21 aus einem Abziehpapier geschützt wird^ Der Benutzer kann das" Dosimeter feststecken oder in anderer Art und Weise an Ort und. Stelle festlegen oder kann bequemerweise die Äbziehpapierschicht abreißen und die Platte mit Hilfe des selbsthaftenden Klebstoffs an der gewünschten Stelle festkleben«,

0 8 8 4 7/07

Beispiel 3

Nach der Verfahrensweise des Beispiels 1 trägt man auf einer Polyesterfilmgrundlage (Mylar V') eine Lösung von 10 Gewichtsteilen 1-Acetoxy-2,2'-dicyano-1,2-dihydro-4-methyl-1-phenyl-9-xanthenon und 90 Gewichtsteilen eines Acrylharzes (Elvacite^ 2042) in 900 Gewichtsteilen einer Toluol-Methyläthylketon-Mischung (1/1 Volumen/Volumen) auf. Unter normalen Bestrahlungsbedingungen unter einer Xenonlampe entwickelt dieser Film (bei visueller Beobachtung) eine schnellere Färbung als der Film des Beispiels

Der Film ist auch für Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 320 nm empfindlich und kann mit Hilfe eines Filters gegen dieses Licht geschützt werden. Chemische Substanzen, die als Filter dieser Art verwendet werden können, schließen die folgenden Materialien ein:

1. 4-Methylcyclopenta-/C/-chinolizin

2. Di-ZB-methyl^-benzothiozol/azamethincyanin-tetrafluorborat

3. 2-Aminochinolin

4. 3,5,6-Trimethyl-i,2,4-triazin

5. 1-Cyanopyren

6. Thiochroman-4-on

7. Natriumdithioacetat

8. Phoron

9. 2-Hydroxybenzophenon

10. 2-Aminobenzophenon

11. 4-Hydroxycinnolin.

Ein dichroitischgr Filter ergibt die verläßlichsten Ergebnisse, ist jedoch kostspieliger.

Beispiel 4

Nach der in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise wird auf einer durchsichtigen Polyesterfilmgrundlage eine Schicht aufgetragen, die 5 Gewichtsteile 3,4,4-Triphenyl-oxazolidin-2,5-dion

509847/0795

und 95 Gewichtsteile Polyäthylacrylatharz enthält. Belichtet man diesen Film ab 10°° Uhr früh mit normalem Sonnelicht an einem klaren Tag Mitte April in Stamford, Connecticut, USA, so entwickelt der anfänglich farblose Film -eine gelbe Färbung. Diese Färbung wird mit weiterem Bestrahlen dunkler und erreicht gegen 14 Uhr einen dunkel-gelben Farbton.

Beispiel 5

3» -/p- (Dimethylamino)-phenyl7-spiro-/Eluoren-9,4 ' -oxazolidin/-2»,5'-dion

Zu 18,0 ml Ν,Ν-Dimethylphenylendiamin in 30 ml Benzol gibt man unter Rühren 12,1 g 9-Bromfluoren-9-carbonsäuremethylester. Man beläßt die Mischung über Nacht bei 50⁰C und filtriert. Die Hauptmenge des Benzols wird abdestilliert, wonach man 20 ml Äthyläther zusetzt, um den Ester der Aminosäure auszufällen, den man mit einer Ausbeute von 12,8 g erhält und der einen Schmelzpunkt von 126°C bis 130⁰C aufweist.

Man löst 10,0 g des Aminosäureesters und 8 ml Triäthylamin in 100 ml Toluol und gibt 10 ml Phosgen zu. Wegen der Toxizität des Phosgens ergreift man entsprechende Vorsichtsmaßnahmen.

Man rührt die Mischung während 4 Stunden bei Raumtemperatur, wobei man in der Abgasleitung eine Trockeneisfalle verwendet. Die Lösung wird dann zur Entfernung des Amin-hydrochlorids filtriert» Man verdampft Toluol, Triäthylamin.und überschüssiges Phosgen und erhitzt den Rückstand unter Stickstoff während 10 Minuten auf 150⁰C. Das Produkt wird zweimal aus Aceton umkristallisiert und ergibt 4,22 g 3'-/p-(Dimethylamine)-phenyl7~spiro-/fluoren-9,4ⁱ-oxazolidiii7-2^I ,S'-dion in Form von farblosen Kristallen mit einem Schmelzpunkt von 293°C bis 294°C.

Analyse:	^C23^H1	8^N2°3	58%	4	H ,90%	7,	56%
	ber.:	C 74,	97%	5	,30%	7,	56%
	gef.;	73,

509847/0795

Die Konzentration der photochromen Materialien und der Matrix können variieren. Eine Polycarbonatmatrxx ist für die Verwendung besonders gut geeignet und ergibt gute Ergeörisse, Die Größe der Testzone und die Größe des Farbstandards können in Abhängigkeit von dem Befestigungsort und der von dem Benutzer gewünschten Größe innerhalb weiter Bereiche variieren. Die fertiggestellten Dosimeter, die die Testzone und die Farbstandards umfassen, werden geeigneterweise in Blister-Verpackungen an den Endbenutzer vertrieben, der die einzelnen Dosimeter an den entsprechenden Tagen der Benutzung der Verpackung entnimmt.

Da die menschliche Haut sich von Tag zu Tag in einem erheblichen Ausmaß von der Wirkung der Strahlung erholt, ist es erwünscht, jeden Tag ein neues Dosimeter zu verwenden. Die Verpackung ist geeigneterweise mit Instruktionen versehen, die eine Hilfe für das Korrelieren der Dosimeterablesungen mit der Art der Haut, der Empfindlichkeit der Haut und der Bräunung der Haut des Benutzers geben.

Es können auch andere Verpackungsarten verwendet werden. Die Testzone kann in Form eines getrennten Elements vorgesehen sein und zum Zeitpunkt der Benutzung auf den Standardfarbfeldern befestigt werden. Die Testzone kann auch nur dann neben das Standardfarbfeld gelegt werden, wenn ein Vergleich gewünscht ist Es können jedoch auch andere Variationen angewandt werden. Ein einzelnes, einstückiges, wegwerfbares Dosimeter ist üblicherweise am bequemsten, wobei auch die Kosten vergleichsweise niedrig liegen.

Die Systeme der Verpackung, der Verwendung und der detaillierten Instruktionen variieren mit dem angestrebten Verwendungszweck, halten sich jedoch im Rahmen der Erfindung.

509847/0795

Claims

■Pa-tentansprüc-h-e

[ 1 ο)Ständig ablesbares _e integrierendes Sonnenbranddosimeter zur schnellen visuellen Abschätzung der durch Einwirkung einer Strahlenenergie im Sonnenbrandbereich von etwa 290 bis etwa 320 nm kumulierten Sonnenbrandwirkung _B dadurch g e k e η η ζ eichnet, daß es eine Testzone, in der eine chemische Verbindung vorhanden ist,, die bei einer einfallenden Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 290 bis etwa 320 nie irreversiblen Farbänderungen unterliegt, und daran angrenzend mindestens ein Standardfarbfeld mit einer Färbung„ die die Testzone nach einer vorherbestimmten Zeit annimmt, umfaßt.

2c Dosimeter nach Anspruch 1 „ dadurch gekennzeichnet, daß als Testzone ein Kunststoff vorhanden istp in dem 3'-/p-(Dimethylamine)-phenyl/-spiro-/fluoren-9_r4"-oxazolidin7~2', 5'-dion dispsrgiert ist ο

3. Dosimeter nach Anspruch 2_S dadurch gekenn- z e ichnet, daß das Standardfarbfelä mindestens drei Bereiche einer Färbung aufweist„ die einer minimal rötenden Dosis der bräunenden Strahlung ₅ einer mittelstark bräunenden Dosis der bräunenden Strahlung und einer Dosis der bräunenden Strahlung für eine geschützte Haut entsprechen,

4. Dosimeter nach "Anspruch !,dadurch g e k e η η -

2 e ichnet, daß die Testzone in Form eines Behälters vorliegt, in dem eine Lösung von 3'-/p-(Dimethylamino)-phenyi7-spiro-/f luoren-9,4 ' ~oxazolidin7-2 ^s , 5^D -dion enthalten, ist»

5c Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Testzone ein Kunststoff vorhanden ist, in dem 1-Acetoxy-2,2-dicyano-1,2-dihydro-4-methyl-1-phenyl-9-xanthenon dispergiert ist und eine Einrichtung vorhanden ist,

5 0 3 8 4 7/0795

der die Testzone vor einer Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 320 nm schützt.

6. Dosimeter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff ein Polycarbonat vorhanden ist.

7. Verfahren zum visuellen, schnellen Abschätzen der kumulierten Sonnenbrandwxrkung, die durch das Bestrahlen der menschlichen Haut mit einer Strahlenenergie im Sonnenbrandbereich von etwa 290 bis etwa 320 nm verursacht wird und zum Warnen vor einer Überdosis, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Testzone aus einem Kunststoff, der eine chemische Verbindung enthält, die bei einer einfallenden Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 290 bis etwa 320 nm irreversiblen Farbänderungen unterliegt und neben der mindestens ein Farbstandard angeordnet ist, der eine Färbung aufweist, die die Testzone annimmt, nachdem sie mit einer vorherbestimmten Strahlungsdosis einer Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 290 bis 320 nm ausgesetzt worden ist, bestrahlt, die Testzone mit dem Farbstandard vergleicht, um festzustellen, zu welchem Zeitpunkt die Testzone eine vorherbestimmte Strahlungsdosis im Bereich einer Wellenlänge von 290 bis 320 nm aufgenommen hat und in dieser Weise darauf hinweist, die Haut gegen eine weitere Bestrahlung der Haut mit der Strahlung einer Wellenlänge im Bereich von 290 bis 320 nm zu schützen, nachdem die vorbestimmte .Bestrahlung erreicht ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Testzone ein Polycarbonatkunststoff verwendet wird, in dem 3'-/p-(Dimethylamine)-pheny17-spiro-/fluoren-9,4^l-oxazolidiii7-2^l,5^I-dion dispergiert ist.

509847/0795

, 9° ·♦

Leerseite