JP6051294B2 - 光保護材料を決定するためのデバイス - Google Patents

Description

本発明は、パッケージング技術の分野、より特定的には、材料の光保護性を試験するための方法および装置に関する。

パッケージ内に含有される特定の化合物および栄養素が光への暴露により悪影響を受ける可能性があることは、周知である。光への暴露の直接的または間接的のいずれかの結果として、分子種に多くの異なる化学的および物理的な変化を生じる可能性があり、これらは、まとめて光化学プロセスとし定義可能である。Ａｔｋｉｎｓにより記載されたように、光化学プロセスは、一次吸収、物理プロセス（たとえば、蛍光、衝突誘起発光、刺激発光、項間交差、燐光、内部変換、一重項電子エネルギー移動、エネルギープーリング、三重項電子エネルギー移動、三重項−三重項吸収）、イオン化（たとえば、ペニングイオン化、解離性イオン化、衝突イオン化、結合性イオン化）、または化学プロセス（たとえば、解離もしくは劣化、付加もしくは挿入、引抜きもしくは断片化、異性化、解離性励起）を含みうる（Ａｔｋｉｎｓ，Ｐ．Ｗ．；Ｔａｂｌｅ ２６．１ Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，第５版；Ｆｒｅｅｍａｎ：Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９９４；９０８）。一例として、光は、光感受性物質種（たとえば、乳製食品製品中のリボフラビン）の励起を引き起こす可能性があり、その後、続いて、存在する他の種（たとえば、酸素、脂質）と反応して、価値ある製品（たとえば、食品製品中の栄養素）の劣化および製品の品質を調整可能な種の放出（たとえば、食品製品中の異臭）をはじめとする変化をもたらす可能性がある。

したがって、パッケージ内容物の保護を可能にするのに十分な光保護性を有するパッケージングを提供する必要性が、当技術分野で認識されている。特定の研究では、パッケージング概念の光保護性能の指標を提供するための手段をとして、実際のパッケージングシステムおよび光化学反応器が使用されてきた。しかしながら、一般的には、これらの研究は、単一のパッケージング概念の評価が可能であるにすぎず、実験間の相対比較や結果に基づく性能設計モデルの作成を可能にするのに十分な程度にロバストな方法ではないことが実証される。

たとえば、モデルコロイド飲料に及ぼす光の影響を調べたＫｌｉｎｅらの研究（Ｋｌｉｎｅ，Ｍ．Ａ．；Ｄｕｎｃａｎ，Ｓ．Ｅ．；Ｂｉａｎｃｈｉ，Ｌ．Ｍ．；Ｅｉｇｅｌ，Ｗ．Ｎ．，ＩＩＩ；Ｏ’Ｋｅｅｆｅ，Ｓ．Ｆ．；Ｌｉｇｈｔ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ａ Ｌｕｔｅｉｎ−Ｆｏｒｔｉｆｉｅｄ Ｍｏｄｅｌ Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ Ｂｅｖｅｒａｇｅ．Ｊ．Ａｇｒｉｃ．Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍ．２０１１，５９，７２０３−７２１０）では、光強度が変化するため彼らの方法で実験条件間の相対比較を行うことが難題であることは認めているが、好適な解決策を実証することはできていない。同様に、ミルクに及ぼす光の影響を調べたＷｅｂｓｔｅｒら（Ｗｅｂｓｔｅｒ，Ｊ．Ｂ．；Ｄｕｎｃａｎ，Ｓ．Ｅ．；Ｍａｒｃｙ，Ｊ．Ｅ．；Ｏ’Ｋｅｅｆｅ，Ｓ．Ｆ．；Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｎａｒｒｏｗ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｂａｎｄｓ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｖｏｌａｔｉｌｅ ａｎｄ ａｒｏｍａ−ａｃｔｉｖｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｉｎ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｒｅａｔｅｄ ｍｉｌｋ．Ｉｎｔ．ＤａｉｒｙＪｏｕｒｎａｌ．２０１１，２１，３０５−３１１）は、彼らの能力の限界として、光エネルギー出力に差があるためすべての実験間で直接比較を行うことはできないことを認めている（また、Ｗｅｂｓｔｅｒ，Ｊ．Ｂ．；Ｄｕｎｃａｎ，Ｓ．Ｅ．；Ｍａｒｃｙ，Ｊ．Ｅ．；Ｏ’Ｋｅｅｆｅ，Ｓ．Ｆ．；Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｆｌａｖｏｒ ｉｎ Ｍｉｌｋ ｂｙ Ｂｌｏｃｋｉｎｇ Ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ ｂｙ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ．Ｊ．Ｆｏｏｄ Ｓｃｉ．２００９，７４，Ｓ３９０−Ｓ３９８も参照されたい）。他の例として、Ｐａｌａｎｕｋによる研究（Ｐａｌａｎｕｋ，Ｓ．Ｌ．；Ｗａｒｔｈｅｓｅｎ，Ｊ．Ｊ．；Ｓｍｉｔｈ，Ｄ．Ｅ．；Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｇｉｔａｔｉｏｎ， ｓａｍｐｌｉｎｇ ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｆｉｌｍｓ ｏｎ ｌｉｇｈｔ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ ｌｏｓｓ ｉｎ ｓｋｉｍ ｍｉｌｋ．Ｊ．Ｆｏｏｄ Ｓｃｉ．１９８８，５３，４３６−４３８）では、スキムミルク中のリボフラビンに及ぼす光の影響の研究結果にサンプリング位置が影響を及ぼすことが示された。

そのほかに、この分野の研究は、何日間または何週間もの長期の試験期間を必要とする。たとえば、Ｃｌａｄｍａｎ（Ｃｌａｄｍａｎ，Ｗ．；Ｓｃｈｅｆｆｅｒ，Ｓ．；Ｇｏｏｄｒｉｃｈ， Ｎ．；Ｇｒｉｆｆｉｔｈｓ，Ｍ．Ｗ．；Ｓｈｅｌｆ−ｌｉｆｅ ｏｆ Ｍｉｌｋ Ｐａｃｋａｇｅｄ ｉｎ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｃｏｎｔａｉｎｅｒｓ Ｗｉｔｈ ａｎｄ Ｗｉｔｈｏｕｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｏ Ｒｅｄｕｃｅ Ｌｉｇｈｔ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．Ｉｎｔ．Ｄａｉｒｙ Ｊｏｕｒｎａｌ．１９９８，８，６２９−６３６）は、サンプルを暴露するのに２０日間の期間を必要とする材料の光保護性に関する研究を行った。他の例として、Ｓａｆｆｅｒｔらは、ミルク中の栄養素の維持に関するパッケージ性能を探究した２つの研究を報告しているが（Ｓａｆｆｅｒｔ，Ａ．；Ｐｉｅｐｅｒ，Ｇ．；Ｊｅｔｔｅｎ，Ｊ．；Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｐａｃｋａｇｅ Ｌｉｇｈｔ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｖｉｔａｍｉｎ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ Ｐａｓｔｅｕｒｉｚｅｄ Ｗｈｏｌｅ Ｍｉｌｋ．Ｐａｃｋａｇ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｓｃｉ．２００６，１９，２１１−２１８；Ｓａｆｆｅｒｔ，Ａ．；Ｐｉｅｐｅｒ，Ｇ．；Ｊｅｔｔｅｎ，Ｊ．；Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｐａｃｋａｇｅ Ｌｉｇｈｔ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ ｏｎ Ｖｉｔａｍｉｎ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ Ｍｉｌｋ．Ｐａｒｔ ２：ＵＨＴ Ｗｈｏｌｅ Ｍｉｌｋ．Ｐａｃｋａｇ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｓｃｉ．２００８，２１，４７−５５．）、彼らは、何日間もの暴露を必要とする条件下で研究を行った。

以上から判断して、パッケージング概念間の相対比較を可能にするように、かつそれらの目標となる実世界の用途でそのようなパッケージング概念の使用条件に適するように、パッケージング概念の光保護性能を迅速に定量するロバストな科学的方法が必要とされている。これらの方法は、パッケージング概念の性能設計モデルの生成を可能にするために、かつ所与のパッケージコスト、重量、材料の使用、または他の設計要件に対して性能属性の所要のバランスを達成する光保護パッケージの効率的設計を可能にするために、必要とされている。

一態様では、本発明は、材料の光保護性能の予測方法に関する。この方法は、
（ａ）１種以上の光感受性要素を含むサンプルを提供する工程と、（ｂ）約−２０℃〜約１００℃のあらかじめ決められた温度でサンプルを含有するための制御された光学的性質を有するセルを提供する工程と、（ｃ）約２９０〜約１０００ｎｍのスペクトルシグネチャーと約０．０１〜約５Ｗ／ｃｍ２の強度とを有する光ビームを生成する光源を提供する工程と、（ｄ）光感受性要素をセル内に配置してサンプルセルを提供する工程と、（ｅ）光源とサンプルセルとの間に第１の試験材料を配置して遮蔽されたサンプルセルを提供する工程であって、光ビームは、第１の試験材料に入射し、かつ全ての（ａｎｙ）透過光は、サンプルセルに入射し、第１の試験材料は、既知の定量的または定性的な性質を備える、工程と、（ｆ）遮蔽されたサンプルセルを１つ以上の持続時間にわたり１つ以上の光ビーム強度に暴露する工程と、（ｇ）暴露セル内に含有される間にサンプルを調べるかまたは外部方法による測定のためにサンプルを取り出すかのいずれかにより、遮蔽されたサンプルセル内に含有される１種以上の光感受性要素の変化を１つ以上の持続時間で測定してデータ点を生成する工程と、（ｈ）データ点を用いて第１の試験材料の光保護性能値を決定する工程と、（ｉ）１種以上の追加の試験材料を用いて工程（ａ）〜（ｈ）を繰り返して、１つ以上の追加の光保護性能値を生成する工程と、（ｊ）２つ以上の光保護性能値を利用して、既知の定性的または定量的な性質を有する１クラスの材料に対して、同一のクラス内の未試験材料の光保護性能を未試験材料の既知の定量的または定性的な性質に基づいて予測するモデルを生成する工程と、を含む。

特定の実施形態では、定量的または定性的な性質は、次のもの、すなわち、白色度指数ＡＳＴＭ Ｅ３１３、明るさ指数ＡＳＴＭ Ｄ９８５、ＣＩＥ（１９７６）Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊三刺激値データＡＳＴＭ表示Ｅ３１３−１０、Ｄ２２４４、Ｅ１３４７、Ｅ１３４９、Ｅ１４７７、Ｅ２２１４、Ｅ２８４、Ｅ３０８、Ｅ８０５、Ｅ９９１、Ｅ１３３１、Ｅ２７５、Ｄ２６１６、Ｄ２７４５、Ｄ３１３４、Ｄ３９６４、Ｄ４８７７、Ｄ６２９０、ＤｕＰｏｎｔ外観分析器データ、ペーパーおよびペーパーボードの拡散性の明るさ（ｄ／０）ＡＳＴＭ Ｄ２４７０、プラスチックのヘイズ標準試験ＡＳＴＭ Ｄ１００３、指向性の明るさ（ＴＡＰＰＩ）（Ｔ４５２）、指向性の明るさ、拡散性の明るさ（Ｔ５２５）、有色の明るさ（拡散性（Ｍｉｃｒｏ ＴＢ１Ｃ）または指向性／ＴＡＰＰＩ（ＭｉｃｒｏＳ−５））、印刷および計算ＴＡＰＰＩ不透明度、散乱係数および吸収係数、シートの明るさ（Ｔ５１９）、指向性／ＴＡＰＰＩ不透明度、散乱係数、吸収係数（Ｔ４２５）、Ｔ／ｄｙｎｅ Ｍｉｃｒｏ ＴＢ−１Ｃ：拡散性の明るさ、不透明度、色、色差、ＡＳＴＭ指数、および三刺激値、Ｔ／ｄｙｎｅ Ｍｉｃｒｏ Ｓ−５ ＢＯＣ：指向性／ＴＡＰＰＩ明るさ、不透明度、色、色差、ＡＳＴＭ指数、および三刺激値、設計パラメーターとして、色、ＨｕｎｔｅｒまたはＣＩＥ Ｌ^＊Ａ^＊Ｂ^＊（指向性または拡散性の値を指定）、不透明化剤組成、および／または不透明化剤充填量、の１つ以上を含む。

追加の実施形態では、予測モデルを用いて、パッケージ内容物に特異的な光保護を提供するパッケージの設計を容易にする。他の実施形態では、予測モデルを用いて、パッケージ設計の持続可能性測定基準を評価する。いくつかの特定例では、パッケージ内容物は、食品、飲料、薬剤、医薬品、および／または他の栄養素含有製品を含む。

特定の実施形態では、本方法はさらに、工程（ｇ）での１種以上の光感受性要素の変化を１つ以上の官能評価基準値と相関付ける工程と、前記予測された光保護性能を利用して未試験材料の１つ以上の官能評価基準値をさらに予測する工程と、を含む。官能評価は、次の基準、すなわち、味、触感、臭気、または外観の１つ以上の人間評価を含む。

さらなる実施形態では、サンプルは、制御雰囲気条件下および撹拌下の一方または両方で維持され、サンプルセルの外側表面は、凝縮物を含まない状態で維持され、かつ／または光ビームは、コリメートされる。

いくつかの実施形態では、１種以上の光感受性要素は、食品、飲料、薬剤、医薬品、または他の栄養素含有製品の成分である。他の実施形態では、サンプルは、天然および合成の食品添加物、染料、および顔料、クロロフィル、ミオグロビン、オキシミオグロビン、および他のヘムタンパク質、水溶性および脂溶性の必須栄養素、ミネラル、およびビタミン、脂肪酸を含有する食品成分、油、タンパク質、医薬化合物、パーソナルケア用および化粧用の配合物の化合物および成分、家庭用化学品およびその成分、ならびに農薬およびその成分から選択される１種以上の光感受性要素を含む。追加の実施形態では、サンプルは、所与のクラスの２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれを上回る数から選択される１種以上の光感受性要素を含む。

さらなる実施形態では、測定は、ＨＰＬＣ（高性能液体クロマトグラフィー）、ＧＣ（ガスクロマトグラフィー）、ＩＲ（赤外）分光法、ＮＭＲ（核磁気共鳴）分光法、ＵＶ−ＶＩＳ（紫外、可視体）分光法、他の技術と組み合わされたＭＳ（質量分析）（たとえば、ＧＣ−ＭＳおよびＬＣ−ＭＳ）、蛍光分光法、イオンクロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー（ＴＬＣ）、分析湿式化学、および／または電気化学分析（たとえば、ポーラログラフィー、ボルタンメトリー）からなる群から選択される試験方法を含む。特定の実施形態では、分析方法は、ＨＰＬＣ（高性能液体クロマトグラフィー）またはＧＣ（ガスクロマトグラフィー）である。

他の態様では、本発明は、材料の光保護性能を定量化するためのデバイスに関する。このデバイスは、（ａ）（Ｉ）制御された光学的性質を有するセルと、ただし、このセルは、１種以上の光感受性要素を含むサンプルを含有することが可能である、（ＩＩ）セル内のサンプルの温度をモニターするためのサンプル温度センサーと、（ＩＩＩ）約−２０℃〜約１００℃の指定温度にセルを維持するための温度制御手段と、（ＩＶ）セルの１つ以上の露出表面に低湿度空気を送達するための乾燥空気供給源と、（Ｖ）セル内のサンプル均一性を維持するためのアジテーターと、を含むサンプル供給・制御装置と、（ｂ）（Ｉ）光源と、ただし、この光源は、約２９０〜約１０００ｎｍのスペクトルシグネチャーと約０．０１〜約５Ｗ／ｃｍ^２の積分強度とを有する光ビームを生成する、（ＩＩ）光ビームコリメートレンズと、（ＩＩＩ）赤外フィルターと、（ＩＶ）シャッターと、（Ｖ）絞りと、を含む光生成・制御装置と、（ｃ）試験材料が試験材料ホルダー内に配置されときに光ビームが試験材料に入射しかつ全ての透過光がセルに入射するように、光生成・制御装置とサンプル供給・制御装置との間に位置決めされた試験材料ホルダーと、を含む。

特定の実施形態では、アジテーターは、セル内の磁気撹拌子と、セルの下に位置決めされた磁気撹拌モーターと、を含む。他の実施形態では、サンプル供給・制御装置は、セル内に雰囲気制御・モニタリング装置をさらに含み、雰囲気制御・モニタリング装置は、ガス供給デバイスと酸素センサーとを含む。そのほかのさらなる実施形態では、光生成・制御装置は、分光フィルターをさらに含む。

本発明に有用な装置の一実施形態を例示する。 図１の例示的実施形態の特定のエレメントのより詳細な図を例示する。 図１の例示的実施形態の特定のエレメントのより詳細な図を例示する。 図１の例示的実施形態の特定のエレメントのより詳細な図を例示する。 本発明に有用なサンプルセルの一実施形態を例示する。 本発明に有用な乾燥空気供給装置の一実施形態を例示する。 例示的な試験材料実験の１つで光暴露時間に対するリボフラビン濃度の自然対数のプロットを示す。 例示的な試験材料実験の１つで平均ＴＡＰＰＩ不透明度に対する平均擬一次速度定数のプロットを示す。

本発明は、当然ながら変更可能な特定の実施形態に限定されるものではないことを理解すべきである。また、本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としたものにすぎず、限定しようとするものではないことも理解すべきである。さらに、本明細書で参照される出版物はすべて、あたかもそれぞれが参照により具体的かつ個別的に本明細書に組み込まれることが示されたのと同程度に、引用目的で参照により本明細書に組み込まれる。

本明細書および添付の特許請求の範囲で用いられる場合、単数形の用語、たとえば、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、内容上明らかに異なる記述がないかぎり、複数形の参照語を含む。したがって、たとえば、「光感受性要素（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｅｎｔｉｔｙ）」、「光感受性要素（ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｅｎｔｉｔｙ）」、または「光感受性要素（ａ ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｅｎｔｉｔｙ）」の意味は、複数の光感受性要素をも含む。「光感受性要素（ａ ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｅｎｔｉｔｙ）」という用語の使用は、実際問題として、その光感受性要素の多くの分子を含む。

そのほかに、本明細書で用いられる場合、「〜を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、参照された指定の特徴、整数、工程、または成分の存在を特定するものと解釈されるべきであるが、１つ以上の特徴、整数、工程、または成分あるいはそれらのグループの存在または追加を除外するものではない。したがって、たとえば、光感受性要素を含むサンプルは、追加の光感受性要素または他の非光感受性栄養素などの他の成分を含有しうる。そのほかに、「〜を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、「〜から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」および「〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」という用語により包含される例を含むことが意図される。同様に、「〜から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」という用語は、「〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」という用語により包含される例を含むことが意図される。

本発明は、材料の光保護性を決定および／または定量化するのに有用な、および１種以上の光感受性要素の光誘起変化または劣化を定量化することによりそのような性質間で意味のある比較を行うのに有用な、デバイスおよび方法に関する。他の実施形態では、本方法は、光保護性能値を、材料のＴＡＰＰＩ不透明度や二酸化チタン含有率などの材料の他の既知の定量的または定性的な性質と、相関付けることにより、予測モデルまたは相関モデルを作成することを含む。他の実施形態では、本方法は、予測モデルまたは相関モデルを用いて、予測された光保護性能値を相関性値に基づいて同一の材料クラス内の未試験材料に帰属することをさらに含む。

本装置は、光保護性の加速試験を可能にする。特定の実施形態では、数時間程度で試験を行って、商業的食品貯蔵条件下での数週間の光暴露をシミュレートすることが可能である。したがって、試験速度を１００倍超に加速することが可能であるので、この方法は、高スループットスクリーニング方法とみなすことが可能である。特定の実施形態では、本方法および装置を用いて、光保護のためにパッケージング材料中に組み込まれるＴｉＯ_２などの光保護剤の最適量を決定することが可能である。

特定の他の実施形態では、本方法は、特定のパッケージ概念で官能評価の結果を予測することにより、そのパッケージ概念で官能評価研究を実際に行うのに必要とされる時間および資源を回避するのに有用でありうる。典型的には、人間課題評価者による官能評価研究は、製品の官能品質の差を正確かつ精密に検出するパネリストの能力には限界があるので、多数のパネリストおよび製品アセスメントを必要とする。したがって、パッケージング概念のこのタイプの評価は、一般的には、時間もコストもかかる。本発明に係る方法を用いてそのような官能評価の結果を予測することにより、本発明は、加速時間枠内でかつ削減されたコストで官能評価結果を得ることを可能にする。

本方法および装置はまた、同種でない保護パッケージングソリューションを比較する手段を提供する。たとえば、高分子パッケージフィルムをペーパーボードと比較することが可能である。

図１および２Ａ〜２Ｃは、開示された方法に有用な本発明に係る装置の可能な一実施形態を例示している。全装置の個々のコンポーネントは、実験中に分析されるスペクトルに対して一般的には光遮断性であるエンクロージャー６０内に収容される。エンクロージャー内の適正雰囲気条件（温度、湿度など）を維持するために、エンクロージャー６０は、エンクロージャー６０内の空気を所望の間隔および／または速度で循環させる排気ファンおよびファントランク５８を有する。

エンクロージャー６０内では、ランプハウジング１６内に収容されたランプ（図示せず）などの光源は、適当な電気接続（図示せず）を介して光源電源１４に接続され、これはさらに、適当な電気接続（図示せず）を介してランプコントローラー１０に接続される。

光源は、所望の光強度、安定性、および分光特性を生成するのに好適な任意の光源でありうる。実験の必要に応じて、利用光源は、白熱光源、蛍光光源、アーク放電ランプ、ＬＥＤ（発光ダイオード）、および／またはレーザー光源を含みうる。たとえば、これらの光源としては、炭素アーク、水銀蒸気、キセノンアーク、タングステンフィラメント、またはハロゲン電球が挙げられるが、これらに限定されるものではない。特定の一実施形態では、光源は、キセノンアークランプである。

特定の実施形態では、光源は、約０．００１Ｗ／ｃｍ^２〜約５Ｗ／ｃｍ^２の強度を提供可能である。他の実施形態では、光源は、少なくとも約０．００１Ｗ／ｃｍ^２、０．００５Ｗ／ｃｍ^２、０．００７Ｗ／ｃｍ^２、０．０１Ｗ／ｃｍ^２、０．０５Ｗ／ｃｍ^２、０．１Ｗ／ｃｍ^２、１Ｗ／ｃｍ^２、２．５Ｗ／ｃｍ^２、または５Ｗ／ｃｍ^２の強度を提供可能である。さらなる実施形態では、光源は、約０．００１Ｗ／ｃｍ^２、０．００５Ｗ／ｃｍ^２、０．００７Ｗ／ｃｍ^２、０．０１Ｗ／ｃｍ^２、０．０５Ｗ／ｃｍ^２、０．１Ｗ／ｃｍ^２、１Ｗ／ｃｍ^２、２．５Ｗ／ｃｍ^２、または５Ｗ／ｃｍ^２以下の強度を提供可能である。さらなる実施形態では、光源は、約０．００５Ｗ／ｃｍ^２〜約４Ｗ／ｃｍ^２、約０．００７Ｗ／ｃｍ^２〜約３Ｗ／ｃｍ^２、約０．０１Ｗ／ｃｍ^２〜約２．５Ｗ／ｃｍ^２、約０．０５Ｗ／ｃｍ^２〜約２Ｗ／ｃｍ^２、または約０．１Ｗ／ｃｍ^２〜約１Ｗ／ｃｍ^２の強度を提供可能である。

他の実施形態では、光源は、約２００ｎｍ〜約２０００ｎｍのスペクトルシグネチャーを有する光を生成可能である。他の実施形態では、光源は、少なくとも約２００ｎｍ、２２０ｎｍ、２４０ｎｍ、２６０ｎｍ、２８０ｎｍ、２９０ｎｍ、３００ｎｍ、３５０ｎｍ、４００ｎｍ、４５０ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００、ｎｍ、９００ｎｍ、１０００ｎｍ、１２５０ｎｍ、１５００ｎｍ、１７５０ｎｍ、または２０００ｎｍの波長の光を提供可能である。さらなる実施形態では、光源は、約２００ｎｍ、２２０ｎｍ、２４０ｎｍ、２６０ｎｍ、２８０ｎｍ、２９０ｎｍ、３００ｎｍ、３５０ｎｍ、４００ｎｍ、４５０ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００、ｎｍ、９００ｎｍ、１０００ｎｍ、１２５０ｎｍ、１５００ｎｍ、１７５０ｎｍ、または２０００ｎｍ以下の波長の光を提供可能である。そのほかのさらなる実施形態では、光源は、約２２０ｎｍ〜約１７５０ｎｍ、約２４０〜約１５００ｎｍ、約２６０〜約１２５０ｎｍ、約２９０〜約１０００ｎｍ、約２００〜約４００ｎｍ、約３５０〜約７５０ｎｍ、または約７５０ｎｍ超のスペクトルシグネチャーを提供可能である。

特定の実施形態では、光源の強度および／または分光特性は、１つ以上のレンズ、赤外フィルター、および分光フィルターにより、制御および／または変更される。特定の一実施形態では、ランプハウジング１６内のランプからの光は、コリメートレンズアセンブリー２０を通って、次いで、赤外フィルター２２を通って移動する。このフィルターは、水リザーバー３４と水ポンプ３６とに取り付けられた水系赤外フィルターであり、その流量は、適当な電気接続を介して水ポンプ３６が取り付けられたポンプフローコントローラー４により制御される。コリメートされて赤外フィルターを通った光は、次いで、光学フィルターホルダー２４を通って移動する。このホルダーは、任意選択で、光ビームまたはその一部分を減衰させるために、１つまたは複数の光学フィルターを含有することが可能である。図１および２ａでは、レンズ、赤外フィルター、および分光フィルターが特定の順序で示されているが、このことは、これらのコンポーネントのすべてが必要とされることや指定の順序が必要とされることが示唆されるものとみなされるべきではない。これらのコンポーネントは、本発明に係る装置および方法でそれらをまったく利用しないことを含めて、任意の所望の順序および／または任意の所望の組合せで使用可能である。

特定の実施形態では、エンクロージャー６０内では、ランプハウジング１６内に収容されたランプ（図示せず）などの光源は、適当な電気接続（図示せず）を介して光源電源１４に接続され、これはさらに、適当な電気接続（図示せず）を介してランプコントローラー１０に接続される。ランプフィードバックモニター１８は、ランプコントローラー１０に電気接続される。ランプフィードバックモニター１８は、ランプコントローラー１０と導通し、これはさらに、光源に提供されるパワーの量を調整するためにおよび／または光源から発せられる光の強度を調整するために、光源電源１４と導通する。

一実施形態では、光ビームが適正強度を有することを保証するために、光路３３に沿って複数のホルダー３１の１つ内に光パワー密度センサー３０を位置決めすることが可能であり、たとえば、取外し可能に位置決めすることが可能である。光パワー密度センサー３０は、適当な接続（図示せず）を介して光エネルギーメーター１２に取り付けられる。たとえば、実験の開始前および再び実験の終了後および／または実験中に何回か、個別の強度の読みを得ることができるように、光パワー密度センサー３０を適当なホルダー３１に挿入することが可能である。これにより、実験の前および後の両方で光ビームの強度を試験することが可能になり、その結果として、ユーザーは、パワー強度が適正に設定されたことおよび実験全体を通じて有意に増加も減少もしなかったことを保証することが可能である。

他の実施形態では、光ビームが適正分光特性を有することを保証するために、光路３３に沿って複数のホルダー３１の１つ内に分光計センサー３２を取外し可能に位置決めすることが可能である。分光計センサー３２は、適当な接続（図示せず）を介して分光計８に取り付けられる。たとえば、実験の開始前および再び実験の終了後に個別の分光測定の読みを得ることができるように、分光計センサー３２を適当なホルダー３１に挿入することが可能である。これにより、実験の前および後に光ビームの分光特性を試験することが可能になり、その結果として、ユーザーは、実験の時間枠内で分光特性が所望のとおりであったことおよび安定であったこと保証することが可能である。

本装置または方法の操作中の光暴露の開始および停止は、たとえば、シャッター機構２６により制御可能であり、その操作は、適当な接続（図示せず）を介して取り付けられたシャッターコントローラー６により制御される。さらに、試験材料および／またはサンプルに入射する光ビームの断面積は、複数のホルダー３１の１つ内に位置する絞り２８により調整可能であり、この絞りは、所望の直径の光ビームを生成する必要に応じて、開閉可能である。この場合も、図１ではこれらのコンポーネントが例示されるが、このことは、それらの１つまたはすべてが必要とされることが示唆されるものとみなされるべきではない。たとえば、単にランプコントローラー１０および／または光源電源１４を介して光ビームの開始を制御することにより、シャッターなしで装置を操作することが可能である。同様に、他の選択肢として、たとえば、コリメートレンズ２０を介して、光ビームのサイズを制御することが可能である。

図１、２ｂ、および２ｃを見ると、絞り２８を通り抜けた後、光ビームは、試験材料３８ａに入射するであろう。この試験材料は、材料ホルダー３８ｂにより所定の位置に保持され、このホルダーはさらに、複数のホルダー３１の１つ内に位置決めされる。試験材料３８ａは、ＴＡＰＰＩ不透明度や二酸化チタン含有率などのいくつか既知の定性的または定量的な性質を有する材料でありうるか、または完全に未知の材料でありうる。さらに、試験材料３８ａは、パッケージング材料または光保護材料として使用するのに好適な任意の材料でありうる。そのような材料としては、プラスチック（高分子材料、たとえば、低密度ポリエチレン）、ガラス、金属（たとえば、缶、フォイル、もしくは金属化層）、セルロース系材料（たとえば、ペーパー、ペーパーボード）、またはフィルム（たとえば、プラスチックラップ）、シート（たとえば、ペーパー）、バッグ、スリーブ、パウチ、剛性構造（たとえば、ボトル）などの形態のそれらの組合せが挙げられる。これらの材料はまた、材料に追加の外観属性または機能性を提供するために、添加剤（たとえば、顔料、印刷インク、酸化防止剤）を含有しうる。特定の実施形態では、材料は、二酸化チタンを含有する。試験材料は、フィルム、フォイル、剛性部分からできたプラーク、ペーパー、およびこれらの材料のラミネート構造または複合構造を含めて、実際のパッケージ、パッケージング材料の一部分、またはパッケージングシステムの一部分のプロトタイプを含みうる。

試験材料３８ａにより透過された光はさらに、サンプルセル４４に入射するであろう。このセルは、サンプルセルホルダー４２により実験実施中に所定の位置に保持されるであろう。このホルダーは、任意選択で、温度をより効率的かつ効果的に維持するように、断熱することが可能である。サンプルセルホルダー４２は、熱電コントローラー５１の制御下で熱電デバイス５０に取り付けられた熱伝達ブロック４８と直接接触した状態にある。熱電デバイス５０は、ヒーターもしくはクーラーのいずれかまたは加熱および冷却の両方が可能なデバイスでありうる。特定の例において、熱電デバイス５０は圧電冷却ユニットである。操作中、熱電コントローラー５１は、熱電デバイス５０に対する温度設定値を誘導する。熱電デバイス５０により生成された温度勾配（冷温または熱温）は、熱伝達ブロック４８を介して、サンプルセルホルダー４２に伝達される。これにより、実験実施全体を通じてサンプルセル４４内の温度を固定温度に維持することが可能になる。任意選択で、熱伝達化合物を用いて、サンプルセル４４とサンプルセルホルダー４２との間の熱伝達を促進することが可能である。特定の実施形態では、温度は、約−２０℃〜約１００℃の温度に設定可能である。他の実施形態では、温度は、少なくとも約−２０℃、−１０℃、−５℃、−２℃、０℃、１℃、２℃、３℃、４℃、５℃、６℃、７℃、８℃、１０℃、２５℃、５０℃、または１００℃の温度に設定可能である。さらなる実施形態では、温度は、約−２０℃、−１０℃、−５℃、−２℃、０℃、１℃、２℃、３℃、４℃、５℃、６℃、７℃、８℃、１０℃、２５℃、５０℃、または１００℃以下の温度に設定可能である。そのほかのさらなる実施形態では、温度は、約−１０℃〜約５０℃、約−５℃〜約２５℃、約−２℃〜約１０℃、約０℃〜約８℃、約１℃〜約７℃、約２℃〜約６℃、約３℃〜約５℃に設定可能である。特定の他の実施形態では、温度は、約４℃に設定される。

サンプルセル４４は、所望の光学特性を有するように任意の好適な材料および形状を含みうる。好ましくは、サンプルセル４４は、実験中、研究対象のスペクトル領域で光透明である。特定の実施形態では、サンプルセル４４は、石英製である。特定の実施形態では、図１および３に示されるもののように、サンプルセル４４は、一端を実質的にフラットにすることが可能であり、それにより、サンプルセル４４のフラット端に実質的に垂直な角度で光をサンプルセルに入射させることが可能である。これは、望ましい光学的状況でありうる。特定の実施形態では、図１および３に示されるもののように、サンプルセル４４はまた、試験サンプル、添加剤、もしくはガスを添加したりセルから抜き出したりできるように、および／または実験実施中にサンプルセル熱電対５６もしくは他のプローブもしくはセンサーをサンプルセル４４に挿入できるように、１つ以上のアクセスポート４３を備えうる。サンプルセル熱電対５６はさらに、適当な接続を介して温度計６２に取り付けられる。これにより、実験実施全体を通じてサンプルの温度をモニターおよび／または制御することが可能になる。特定の実施形態では、熱電対５６および／または温度計６２は、実験実施全体を通じて温度を自動調整してサンプルを所望の温度に維持できるように、熱電コントローラー５１と導通した状態で配置される。

さらに、アクセスポート４３は、実験実施全体を通じてサンプルセル４４内の雰囲気条件をモニターおよび／または制御するために、実験実施中に任意選択のガス送達チューブおよび／または雰囲気センサー（図示せず）をサンプルセルに挿入できるようにしうる。そのほかに、図１および２ｂに例示されるように、断熱されたサンプルセルホルダー４２の直下には、適当な接続を介してマグネチックスターラー速度コントローラー５４に取り付けられた磁気撹拌モーター４０が存在する。図３に示されるように、これにより、実験実施中に磁気撹拌子４５をサンプルセル４４内に位置決めすることが可能になり、その結果として、磁気撹拌モーターにより実験実施全体を通じて所望の速度でサンプルのアジテーションを引き起こすことが可能になり、それにより、実質的なサンプル均一性が確保される。

図１に示されるように、特定の実施形態では、サンプルセル上での凝縮生成を防止または低減するために、比較的低湿度を有する空気を意味する乾燥空気を、送達チューブ４６を介して、サンプルセル４４の前面および／または背面に供給することが可能である。本明細書で用いられる場合、「空気」という用語は、空気またはガス状窒素などの任意の他の好適なガスを意味する。図４を参照すると、空気は、供給ライン６５を介して供給源６４から圧力レギュレーター６６に供給される。次いで、空気は、供給ライン６５を通ってフローバルブ６８まで進み、その後、乾燥チャンバー７０を通って移動する。乾燥チャンバー７０は、空気中の湿度を低減するのに好適な任意のタイプの装置でありうる。たとえば、特定の実施形態では、乾燥チャンバー７０は、「Ｄｒｉｅｒｉｔｅ」乾燥剤などの乾燥剤が充填されたポリカーボネートチューブでありうる。次いで、湿度が低減された空気は、乾燥チャンバーから出て送達チューブ４６を介してサンプルセル４４の表面に移動し、そこで放出される。

サンプルセル４４を完全に通り抜けた光はいずれも、最終的にはビームストップ５２に入射するであろう。このビームストップは、光のいかなる有意部分も反射してサンプルセルに戻すことなく、残りの光を実質的にすべて捕獲するように構築される。

特定の実施形態では、全装置のコンポーネントの１つ以上は、コンピューター２により制御またはモニターすることが可能である。これは、１つ以上の光源電源１４、ランプコントローラー１０、ポンプフローコントローラー４、水ポンプ３６、ランプ出力フィードバック検出器１８、光エネルギーメーター１２、シャッター機構２６、シャッターコントローラー６、絞り２８、分光計８、熱電対５６、温度計６２、熱電コントローラー５１、マグネチックスターラー速度コントローラー５４、酸素センサー（図示せず）、空気供給源６４、または圧力レギュレーター６６を含む。

本明細書に開示される装置の操作中、試験材料３８ａは、材料ホルダー３８ｂ内に配置され、かつ１種以上の光感受性要素は、サンプルセル中に配置される。本発明を用いて研究可能な試験材料の例としては、プラスチック（高分子材料、たとえば、低密度ポリエチレン）、ガラス、金属（たとえば、缶、フォイル、もしくは金属化層）、セルロース系材料（たとえば、ペーパー、ペーパーボード）、またはフィルム（たとえば、プラスチックラップ）、シート（たとえば、ペーパー）、バッグ、スリーブ、パウチ、剛性構造（たとえば、ボトル）などの形態のそれらの組合せが挙げられる。これらの材料はまた、材料に追加の外観属性または機能性を提供するために、添加剤（たとえば、顔料、印刷インク、酸化防止剤）を含有しうる。パッケージング概念は、上述の材料で構成され、フィルム、フォイル、剛性部分からできたプラーク、ペーパー、およびこれらの材料のラミネート構造または複合構造を含めて、実際のパッケージ、パッケージング材料の一部分、またはパッケージングシステムの一部分のプロトタイプを含みうる。

特定の実施形態では、光感受性要素は、光感受性栄養素である。特定の実施形態では、光感受性要素は、
ｉ．天然および合成の食品添加物、染料、および顔料（たとえば、クルクミン、エリスロシン）、
ｉｉ．クロロフィル、
ｉｉｉ．ミオグロビン、オキシミオグロビン、および他のヘムタンパク質、
ｉｖ．水溶性および脂溶性の必須栄養素、ミネラル、およびビタミン（たとえば、リボフラビン、ビタミンＡ、ビタミンＤ）、
ｖ．脂肪酸とくに多価不飽和脂肪酸を含有する食品成分、
ｖｉ．油（たとえば、ダイズ油）、
ｖｉｉ．タンパク質（たとえば、アミノ酸のトリプトファン、ヒスチジン、チロシン、メチオニン、システインなどに由来するタンパク質）、
ｖｉｉｉ．医薬化合物、
ｉｘ．パーソナルケア用および化粧用の配合物の化合物およびそれらの成分、
ｘ．家庭用化学品およびその成分、ならびに
ｘｉ．農薬およびその成分
から選択される。

ニートの形態でまたは溶液もしくは配合物の成分として、対象の種を研究することが可能である。特定の実施形態では、それぞれ異なる濃度で複数の光感受性要素が存在可能である。変化に関与する存在する光感受性要素の化学的性質に基づいて、光誘起変化または劣化の異なるモードが系内で生じうる。完全食品系では、脂肪と酸素と光感受性栄養素との組合せが存在することにより、光暴露の際に複数の光感受性要素および関連種の間で相互作用が観察される可能性がある。目的に合った集中的な研究さらには分析の容易性を可能にするために、単一または少数の成分のみが含まれるモデル系を利用して、効果がより少数の成分に分離されるようにすることが可能である。モデル系内では、異なる機構を介して光と相互作用する要素の組合せにより、完全食品系の研究の複雑性を伴うことなく、単一の実験を介して光保護性能の多次元評価を可能しうる。一重項酸素が関与する経路を介して光と相互作用する要素は、１クラスの光感受性要素を構成する。そのようなリストは、Ｍｉｎら（Ｍｉｎ，Ｄ．Ｂ．ａｎｄ Ｂｏｆｆ，Ｊ．Ｍ．；Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅｔ Ｏｘｙｇｅｎ ｉｎ Ｆｏｏｄｓ．ＣＲＦＳＦＳ．２００２，１，５８−７２．）により開示されている。それ自体が光感受性物質である他の要素（たとえば、リボフラビン）は、光保護性能に関して異なる確認を可能にしうる。他の実施形態では、要素の組合せを用いると、要素で起こる変化の速度が影響を受ける可能性があり、たとえば、光感受性物質の組込みは、影響を加速する可能性があり、一方、酸化防止剤の組込みは、影響を遅延する可能性がある。したがって、特定の実施形態では、単一の光感受性要素がサンプルセル中に存在可能であり、一方、他の実施形態では、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５種、またはそれよりも多くの光感受性要素が同時に存在可能であり、かつ／またはそれらを同時に研究可能である。特定の実施形態では、存在するおよび／または研究される光感受性要素は、以下のクラス、すなわち、
ｉ．天然および合成の食品添加物、染料、および顔料（たとえば、クルクミン、エリスロシン）、
ｉｉ．クロロフィル、
ｉｉｉ．ミオグロビン、オキシミオグロビン、および他のヘモタンパク質、
ｉｖ．水溶性および脂溶性の必須栄養素、ミネラル、およびビタミン（たとえば、リボフラビン、ビタミンＡ、ビタミンＤ）、
ｖ．脂肪酸とくに多価不飽和脂肪酸を含有する食品成分、
ｖｉ．油（たとえば、ダイズ油）、
ｖｉｉ．タンパク質（たとえば、アミノ酸のトリプトファン、ヒスチジン、チロシン、メチオニン、システインなどに由来するタンパク質）、
ｖｉｉｉ．医薬化合物、
ｉｘ．パーソナルケア用および化粧用の配合物の化合物およびそれらの成分、
ｘ．家庭用化学品およびその成分、ならびに
ｘｉ．農薬およびその成分
のうちの２、３、４、５、６、７、８、９、１０クラス、または１１クラスすべてからの１種以上の光感受性要素を含む。特定の実施形態では、研究される光感受性要素は、クラスｉおよびｉｉ、クラスｉおよびｉｉｉ、クラスｉおよびｉｖ、クラスｉおよびｖ、クラスｉおよびｖｉ、クラスｉおよびｖｉｉ、クラスｉおよびｖｉｉｉ、クラスｉおよびｉｘ、クラスｉおよびｘ、クラスｉおよびｘｉ、クラスｉｉおよびｉｉｉ、クラスｉｉおよびｉｖ、クラスｉｉおよびｖ、クラスｉｉおよびｖｉ、クラスｉｉおよびｖｉｉ、クラスｉｉおよびｖｉｉｉ、クラスｉｉおよびｉｘ、クラスｉｉおよびｘ、クラスｉｉおよびｘｉ、クラスｉｉｉおよびｉｖ、クラスｉｉｉおよびｖ、クラスｉｉｉおよびｖｉ、クラスｉｉｉおよびｖｉｉ、クラスｉｉｉおよびｖｉｉｉ、クラスｉｉｉおよびｉｘ、クラスｉｉｉおよびｘ、クラスｉｉｉおよびｘｉ、クラスｉｖおよびｖ、クラスｉｖおよびｖｉ、クラスｉｖおよびｖｉｉ、クラスｉｖおよびｖｉｉｉ、クラスｉｖおよびｉｘ、クラスｉｖおよびｘ、クラスｉｖおよびｘｉ、クラスｖおよびｖｉ、クラスｖおよびｖｉｉ、クラスｖおよびｖｉｉｉ、クラスｖおよびｉｘ、クラスｖおよびｘ、クラスｖおよびｘｉ、クラスｖｉおよびｖｉｉ、クラスｖｉおよびｖｉｉｉ、クラスｖｉおよびｉｘ、クラスｖｉおよびｘ、クラスｖｉおよびｘｉ、クラスｖｉｉおよびｖｉｉｉ、クラスｖｉｉおよびｉｘ、クラスｖｉｉおよびｘ、クラスｖｉｉおよびｘｉ、クラスｖｉｉｉおよびｉｘ、クラスｖｉｉｉおよびｘ、クラスｖｉｉｉおよびｘｉ、クラスｉｘおよびｘ、クラスｉｘおよびｘｉ、クラスｘおよびｘｉ、またはそれらの任意の組合せからの１種以上の光感受性要素を含む。

各光感受性要素は、たとえば０．００００００１ｗｔ％〜１００ｗｔ％の濃度で存在可能である。特定の実施形態では、光感受性要素は、少なくとも約０．００００００１ｗｔ％、０．０００００１ｗｔ％、０．００００１ｗｔ％、０．０００１ｗｔ％、０．００１ｗｔ％、０．０１ｗｔ％、０．０１ｗｔ％、０．１ｗｔ％、１．０ｗｔ％、２．０ｗｔ％、３．０ｗｔ％、４．０ｗｔ％、５．０ｗｔ％、１０．０ｗｔ％、２０．０ｗｔ％、３０．０ｗｔ％、４０．０ｗｔ％、５０．０ｗｔ％、６０．０ｗｔ％、７０．０ｗｔ％、８０．０ｗｔ％、９０．０ｗｔ％、９５．０ｗｔ％、９９．０ｗｔ％、または１００．０ｗｔ％の濃度で存在する。特定の実施形態では、光感受性要素は、約１００．０ｗｔ％、９９．０ｗｔ％、９５．０ｗｔ％、９０．０ｗｔ％、８０．０ｗｔ％、７０．０ｗｔ％、６０．０ｗｔ％、５０．０ｗｔ％、４０．０ｗｔ％、３０．０ｗｔ％、２０．０ｗｔ％、１０．０ｗｔ％、５．０ｗｔ％、４．０ｗｔ％、３．０ｗｔ％、２．０ｗｔ％、１．０ｗｔ％、０．１ｗｔ％、０．０１ｗｔ％、０．００１ｗｔ％、０．０００１ｗｔ％、０．００００１ｗｔ％、０．０００００１ｗｔ％、または０．００００００１ｗｔ％未満の濃度で存在する。濃度は、実際の用途時および使用時における評価下の種およびその典型的な濃度に依存する。

サンプルセルおよびその中に含有されるサンプルは、試験に適当な温度、たとえば、約−２０℃〜約１００℃の温度に達するように操作される。光源により生成された光、任意選択で、コリメーション、フィルタリング、集束、および／またはサイズ調整が行われた光は、次いで、所望の強度（たとえば、０．０１〜５Ｗ／ｃｍ^２）および波長（たとえば、２９０〜１０００ｎｍ）で試験材料に入射するように操作される。試験材料を通り抜けた光はさらに、サンプルセル４４およびその中に含有されるサンプルに入射する。

サンプルセル内の要素が光感受性であるので、サンプルに入射した光は、要素にいくらかのレベルの変化を引き起こすであろう。所望の間隔で、サンプルセル４４から試験アリコートを取り出す。次いで、光感受性分子またはその誘導体生成物の存在に関して試験アリコートを調べ、変化の量を定量することが可能である。光誘起変化または劣化の量を決定するのに好適な分析方法としては、ＨＰＬＣ（高性能液体クロマトグラフィー）、ＧＣ（ガスクロマトグラフィー）、ＩＲ（赤外）分光法、ＮＭＲ（核磁気共鳴）分光法、ＵＶ−ＶＩＳ（紫外、可視）分光法、他の技術と組み合わされたＭＳ（質量分析）（たとえば、ＧＣ−ＭＳおよびＬＣ−ＭＳ）、蛍光分光法、イオンクロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー（ＴＬＣ）、分析湿式化学、および／または電気化学分析（たとえば、ポーラログラフィー、ボルタンメトリー）が挙げられる。特定の実施形態では、分析方法は、ＨＰＬＣ（高性能液体クロマトグラフィー）またはＧＣ（ガスクロマトグラフィー）である。

実験は、所望の間隔で試料をとりながら、所望の長さの時間にわたり継続される。実施時間は、光感受性要素の性質、環境条件（たとえば、温度およびガス変更）、およびその関連変化速度の解析研究の関数である。特定の実施形態では、実験実施時間は、１２時間未満、１１時間未満、１０時間未満、９時間未満、８時間未満、７時間未満、６時間未満、５時間未満、４時間未満、３時間未満、２時間未満、１時間未満、４５分間未満、または３０分間未満である。

サンプリング間隔は、最小でも３個のデータ点が得られるように選択されるべきである。特定の実施形態では、サンプリング間隔は、少なくとも４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、３０、３５、４０、４５、または５０個のデータ点が得られるように選択される。特定の実施形態では、データ点は、実施時間の全持続時間を通じて、一様に分布されるかまたはほぼ一様に分布される。選択される間隔は、光感受性要素の変化速度に依存するであろう。特定の実施形態では、サンプルは、シリンジポンプまたは他の好適なデバイスを介して自動的に取り出され、分析のために分析装置に直接送達される。

実験実施からすべてのサンプルを捕集して分析した後、光感受性分子または誘導体生成物の変化を追跡して得られたデータ点を用いて、光保護性能値を試験材料に帰属することが可能である。そのような光保護値としては、たとえば、検査される光感受性要素の光誘起変化または劣化の擬一次速度定数が挙げられうる。さらに、光スペクトル、光強度、光集束、光暴露持続時間、サンプル温度、サンプル均一性、サンプル雰囲気条件などの実験実施の変数を調整することにより、高品質ランツーラン比較を可能にするのに十分な確度および精度を有する結果を得ることが可能である。

特定の他の実施形態では、１つ以上の既知の定量的または定性的な性質を有する多数の試験材料を評価して、光保護性能値をそれぞれのそのような試験材料に帰属することが可能である。既知の定量的または定性的な性質は、たとえば、不透明化剤（たとえば、ＴｉＯ_２）の既知の濃度または既知の反射率値もしくは不透明度値（たとえば、ＴＡＰＰＩ不透明度値）でありうる。特定の例では、予測モデルで利用される１つまたは複数の既知の定量的または定性的な性質は、次のもの、すなわち、白色度指数ＡＳＴＭ Ｅ３１３、明るさ指数ＡＳＴＭ Ｄ９８５、ＣＩＥ Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊三刺激値データＡＳＴＭ表示Ｅ３１３−１０、Ｄ２２４４、Ｅ１３４７、Ｅ１３４９、Ｅ１４７７、Ｅ２２１４、Ｅ２８４、Ｅ３０８、Ｅ８０５、Ｅ９９１、Ｅ１３３１、Ｅ２７５、Ｄ２６１６、Ｄ２７４５、Ｄ３１３４、Ｄ３９６４、Ｄ４８７７、Ｄ６２９０、ＤｕＰｏｎｔ外観分析器データ、ペーパーおよびペーパーボードの拡散性の明るさ（ｄ／０）ＡＳＴＭ Ｄ２４７０、プラスチックのヘイズ標準試験ＡＳＴＭ Ｄ１００３、指向性の明るさ（ＴＡＰＰＩ）（Ｔ４５２）、指向性の明るさ、拡散性の明るさ（Ｔ５２５）、有色の明るさ（拡散性（Ｍｉｃｒｏ ＴＢ１Ｃ）または指向性／ＴＡＰＰＩ（Ｍｉｃｒｏ Ｓ−５））、印刷および計算ＴＡＰＰＩ不透明度、散乱係数および吸収係数、シートの明るさ（Ｔ５１９）、指向性／ＴＡＰＰＩ不透明度、散乱係数、吸収係数（Ｔ４２５）、Ｔ／ｄｙｎｅ Ｍｉｃｒｏ ＴＢ−１Ｃ：拡散性の明るさ、不透明度、色、色差、ＡＳＴＭ指数、および三刺激値、Ｔ／ｄｙｎｅ Ｍｉｃｒｏ Ｓ−５ ＢＯＣ：指向性／ＴＡＰＰＩ明るさ、不透明度、色、色差、ＡＳＴＭ指数、および三刺激値、色、ＨｕｎｔｅｒまたはＣＩＥ Ｌ^＊Ａ^＊Ｂ^＊（指向性または拡散性の値を指定）、不透明化剤組成、および／または不透明化剤充填量、の１つ以上を含む。相関挙動を観測してモデリングする場合、次いで、これらの既知物質の光保護性能値を用いて、予測光保護性能値を、本発明に係る装置を用いて評価されていないが、モデルに含まれる定量的または定性的なパラメーターに対して既知の値を有する同一のクラスの材料に、確信をもって帰属することが可能である。たとえば、本明細書に開示される装置および方法ならびにそれぞれに帰属された光保護性能値を用いて、既知のＴＡＰＰＩ不透明度値および／または既知のＴｉＯ_２濃度を有するいくつかの試験材料を評価することが可能である。さらに、これらの材料の光保護性能値およびＴＡＰＰＩ不透明度値またはＴｉＯ_２濃度値を用いて、材料の光保護性能値をそのＴＡＰＰＩ不透明度およびまたはＴｉＯ_２濃度に基づいて予測する測定基準または予測モデルを作成することが可能である。次いで、この測定基準またはモデルを用いて、既知のＴＡＰＰＩ不透明度またはＴｉＯ_２含有率を有する同一のクラスの未試験材料の光保護性能値を予測することが可能である。

［実施例］
実施例１
ＡＮＯＶＡゲージ繰返し性・再現性（Ｒ＆Ｒ）測定システム解析方法は、測定システムの能力を理解するために、分散分析（ＡＮＯＶＡ）ランダム効果モデルを利用する。ゲージＲ＆Ｒ研究では、測定システムにより測定で観測された変動の量を観察された全変動と比較する。本明細書に開示される方法と併用される図１のデバイスの繰返し性および再現性を評価するために、ゲージＲ＆Ｒ研究方法を適用した。Ｍｉｎｉｔａｂソフトウェアを用いて、この試験の設計および解析を行った。

ゲージＲ＆Ｒ研究は、２名の異なるオペレーターによる５つのフィルムサンプルまたは一部分のそれぞれのレプリケート評価を含んでいた。オペレーター内でランダムな順序で、これらの２０の個別実験を行った。

このゲージＲ＆Ｒ研究では、下記の方法条件を固定した。

・光感受性要素：３０．５±１．５ｍｇ／Ｌの目標濃度でｐＨ６．４水性リン酸緩衝液中に溶解されたリボフラビン
・温度：４±１℃
・雰囲気：空気
・光パワー密度：０．３７５±０．００５Ｗ／ｃｍ^２
・サンプリング時間：０、１０、４０、８０、１２０、１６０、および２００分間の光暴露後に抜き出されたサンプル
・光感受性要素分析方法：ＨＰＬＣ

研究に使用された試験材料は、約４８μｍの厚さのキャストフィルム押出しにより作製された二酸化チタン顔料着色低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）フィルムからなるものであった。研究のために約６ｃｍ×１３ｃｍのフィルムスウォッチをより大きいフィルムサンプルからカットした。光暴露を１回のみ行って各スウォッチを評価した。評価後、ＡＰＰＩ不透明度およびフィルム厚さのレプリケート測定を含む追加の測定のために、各スウォッチを取っておいた。平均値を報告する。

各実施の出力は、リボフラビン分解の擬一次速度定数であった。周囲雰囲気下での希薄水性溶液中のリボフラビンの分解（すなわち、溶液中の溶存ガスとして反応に利用可能な過剰のＯ_２）は、前記溶液をＵＶ光または可視光に暴露した場合、擬一次速度式に従うことが示されている（たとえば、Ａｈｍａｄ，Ｉ．；Ｆａｓｉｈｕｌｌａｈ，Ｑ．；Ｎｏｏｒ，Ａ；Ａｎｓａｒｉ，Ｉ．Ａ．；Ａｌｉ，Ｑ．Ｎａｗａｂ Ｍａｎｚａｒ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃｓ（２００４），２８０（１−２），１９９−２０８）。より特定的には、前記溶液に入射する光のエネルギー分布が一定に保たれた条件下で、前記分解は、以下の統合速度式により記述可能である。

Ｌｎ［リボフラビン］_ｔ＝（−ｋ’ｘｔ）＋Ｌｎ［リボフラビン］_０
式中、
［リボフラビン］_ｔ＝時間＝ｔにおけるリボフラビン濃度
［リボフラビン］_０＝光暴露前における初期リボフラビン濃度
ｔ＝光暴露時間
ｋ’＝擬一次速度定数

そのような反応速度が観察される場合、Ｌｎ［リボフラビン］_ｔ対暴露時間のプロットは、直線になり、その傾きは、所望の擬一次速度定数である。本研究では、Ｍｉｎｉｔａｂソフトウェアを用いて速度定数プロットを作成し、Ｍｉｎｉｔａｂ「当てはめ線プロット」解析ツールを用いて所望の傾きデータを求めた。線形回帰分析から導かれる線形当てはめの品質を示唆する相関係数（Ｒ^２）値はすべて、９８．５％以上であったことから、データと線形モデルとの優れた一致が示される。これらのデータのサンプルは、図５に示され、そのように作成されたプロットのそれぞれから換算されたデータの完全セットは、表１に示される。

表１に提示されたデータに対して、ゲージＲ＆Ｒ ＡＮＯＶＡ解析を行った。解析出力を表２に示す。全寄与の０．５８％および全研究変動の７．６％は、測定システムに帰属可能であり、残りの部分は、固有の（および設計による）パーツ間変動であることが、この解析から判明した。データ解釈に関して９５％の信頼水準で、オペレーター間差もオペレーター−パーツ相互作用も、本研究では観測されなかった（オペレーターＡＮＯＶＡ「ｐ」値＝０．６６１（オペレーター−パーツ相互作用を含む）、オペレーター＊パーツＡＮＯＶＡ「ｐ」値＝０．４４５）。したがって、測定システムは、再現性および繰返し性のあるデータを生成可能であることが、本研究から実証された。

したがって、測定システムは、適正品質のリボフラビン劣化速度定数データをもたらすであろうことが、ゲージＲ＆Ｒ結果から示唆される。この結論は、このゲージＲ＆Ｒ研究で利用された暴露条件からの理にかなった偏りを含む他のリボフラビン系暴露研究に理にかなって拡張可能である。そのような偏りの例としては、次のもの、すなわち、光減衰性試験材料に入射する光パワー密度および／またはスペクトル分布、リボフラビン溶液温度、初期リボフラビン溶液濃度、ならびに試験材料組成の変更が挙げられる。追加の拡張としては、擬一次光誘起変化または劣化の速度式を示しても示さなくてもよいおよび水中に溶解されてもされなくてもよい他の（すなわち、非リボフラビン）光感受性要素が挙げられる。

実施例２
フィルムスウォッチの追加の特徴付けと一緒に、実施例１からの速度定数データを解析する。当てはめデータモデルと一緒に、表１の速度定数データを図６にプロットする。このデータモデルをデータ点に当てはめて、ＴＡＰＰＩ不透明度の関数として光保護モデルを作成した。

本研究で利用された二酸化チタン充填ＬＤＰＥフィルムの光保護性能（すなわち、リボフラビンを光誘起劣化から保護する能力）は、実際に、前記フィルムのＴＡＰＰＩ不透明度値に関連付けることが可能であり、冪乗則モデルにより十分に説明される関係であることが、このプロットおよびモデルから実証される。このタイプの材料では、ＴＡＰＰＩ不透明度を用いて光保護性能を予測することが可能であることが、このことから実証される。この方法は、他の材料に適用することが可能である。

さらに、本発明に係る方法でこれらのタイプのデータを用いて、既知のＴＡＰＰＩ不透明度を有する異なる相対量の同一または同等の二酸化チタンとＬＤＰＥ材料とで構成された試験材料の光保護性能を、確信をもって予測することが可能である。

実施例３
実施例１の場合と同一の方法条件を利用したが、評価サンプルは、二酸化チタン顔料着色高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）ボトル（１．８ｗｔ％の二酸化チタン、１３８０μｍの壁厚、９７．９％のＴＡＰＰＩ不透明度）に由来する２つの部片であった（それぞれデュプリケート方式で評価された）。また、０、１０、２５、５０、７５、１００、および１２５分間の光暴露の後、ＨＰＬＣ分析を行った。線形回帰分析から得られたＲ^２値はすべて、９８．５％以上であり、リボフラビン分解の平均擬一次速度定数は、０．０００６９１ｍｉｎ^−１であることがわかった。

実施例４
実施例３の場合と同一の方法条件を利用したが、評価サンプルは、二酸化チタン顔料着色低密度ポリエチレンフィルム（１．０ｗｔ％の二酸化チタン、４７μｍの厚さ、３９％のＴＡＰＰＩ不透明度）の同一の部片に由来するフィルムスウォッチであった（合計４つ。それぞれ１回評価された）。また、スウォッチの２つを１４±１℃で評価した。線形回帰分析から得られたＲ^２値はすべて、９９．３％以上であり、かつ４℃および１４℃の平均擬一次速度定数は、それぞれ、０．０１１２ｍｉｎ^−１および０．０１５４ｍｉｎ^−１であったことから、ボフラビン劣化速度に及ぼす温度の感受性は、アレニウス式により与えられる理論予測と一致することが示唆された。

実施例５
実施例３の場合と同一の方法条件を利用したが、評価サンプルは、二酸化チタン顔料着色低密度ポリエチレンフィルム（１．０ｗｔ％の二酸化チタン、４７μｍの厚さ、４０％のＴＡＰＰＩ不透明度）の同一の部片に由来するフィルムスウォッチからなるものであった（合計４つ。それぞれ１回評価された）。また、ＵＶ光フィルター減衰光ビーム（３８５ｎｍ以下で本質的に完全な波長カットオフ）を用いて、スウォッチの２つの部片を評価した。ただし、前記ビームは、０．２８７Ｗ／ｃｍ^２の光パワー密度を有していた。線形回帰分析から得られたＲ^２値はすべて、９９．３％以上であり、かつ光ビーム中でＵＶ光減衰フィルターを用いたときと用いなかったときの平均擬一次速度定数は、それぞれ、０．００６２ｍｉｎ^−１および０．０１１２ｍｉｎ^−１であったことから、ＵＶ光の存在に対するリボフラビン劣化速度の感受性が示唆された。

実施例６
実施例３の場合と同一の方法条件を利用したが、評価サンプルは、二酸化チタン顔料着色低密度ポリエチレンフィルム（１．０ｗｔ％の二酸化チタン、４７μｍの厚さ、４０％のＴＡＰＰＩ不透明度）の同一の部片に由来するフィルムスウォッチであった（合計４つ。それぞれ１回評価された）。また、０．２０１Ｗ／ｃｍ^２の低減光パワー密度を用いて、前記スウォッチの２つを評価した。線形回帰分析から得られたＲ^２値はすべて、９９．３％以上であり、かつ０．３７５Ｗ／ｃｍ^２および０．２０１Ｗ／ｃｍ^２の光パワー密度での平均擬一次速度定数は、それぞれ、０．０１１２ｍｉｎ^−１および０．００４５ｍｉｎ^−１であったことから、光パワー密度に対するリボフラビン劣化速度の感受性が示唆された。

実施例７
実施例２（図６）の光保護モデルの作成に使用されたものと同一の材料クラス内の既知のＴＡＰＰＩ不透明度の未試験材料の光保護性能を、前記モデルを用いて予測する。未試験材料のＴＡＰＰＩ不透明度を測定したところ、３５．９５％であった。モデルにより、ｋ’値０．０１１２ｍｉｎ^−１が予測される。０、１０、２５、５０、７５、１００、および１２５分間の光暴露の後に行われたＨＰＬＣ分析を含む実施例１の方法を用いて、未試験材料のｋ’値を測定したところ、０．０１１１ｍｉｎ^−１であった。これらの結果から、光保護モデルは、ＴＡＰＰＩ不透明度に基づく光保護性能の予測に有用であることが実証される。

Claims (3)

1. 材料の光保護性能を定量化するためのデバイスであって、前記デバイスが、
   （ａ）サンプル供給・制御装置であって、
   （Ｉ）制御された光学的性質を有するセルであって前記セルが１種以上の光感受性要素を含むサンプルを含有することが可能である、セルと
   （ＩＩ）前記セル内の前記サンプルの温度をモニターするためのサンプル温度センサーと、
   （ＩＩＩ）前記セルを約−２０℃〜約１００℃の指定温度に維持するための温度制御手段と、
   （ＩＶ）前記セルの１つ以上の露出表面に低湿度空気を送達するための乾燥空気供給源と、
   （Ｖ）前記セル内のサンプル均一性を維持するためのアジテーターと、
   を含むサンプル供給・制御装置と、
   （ｂ）光生成・制御装置であって、
   （Ｉ）光源であって前記光源が約２９０〜約１０００ｎｍのスペクトルシグネチャーと約０．０１〜約５Ｗ／ｃｍ^２の強度とを有する光ビームを生成する、光源と、
   （ＩＩ）光ビームコリメートレンズと、
   （ＩＩＩ）赤外フィルターと、
   （ＩＶ）シャッターと、
   （Ｖ）絞りと、
   を含む光生成・制御装置と、
   （ｃ）前記光生成・制御装置と前記サンプル供給・制御装置との間に位置決めされた試験材料ホルダーであって、試験材料が試験材料ホルダー内に配置されときに前記光ビームが前記試験材料に入射しかつ全ての透過光が前記セルに入射するようになっている、試験材料ホルダーと、
   を含むデバイス。
2. 前記サンプル供給・制御装置が、前記セル内に雰囲気制御・モニタリング装置をさらに含み、前記雰囲気制御・モニタリング装置が、ガス供給デバイスと、酸素センサーと、改変された雰囲気を閉じ込めて維持するために前記セルを密閉する手段と、を含む、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記光生成・制御装置が分光フィルターをさらに含む、請求項１に記載のデバイス。