其他行業應用專題 | 顆粒計數器在日化護理產品上的應用

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摘要：在個人護理用品市場，產品的視覺表現已成為影響消費者選擇的關鍵因素。尤其是對于牙膏這類凝膠懸浮液產品，其內部大量添加的二氧化硅顆粒（作為磨料或增稠劑）與基液之間的折射率差異，會導致光線散射，造成產品渾濁或不透明。如何在保持功能性的同時實現產品的高透明度，一直是行業面臨的技術難題。

近期，一項發表于國際期刊《Colloids and Surfaces A》的研究，通過系統應用折射率匹配方法，成功實現了高透明度牙膏配方的開發。在該研究中，AccuSizer A7000SIS顆粒計數器作為關鍵的粒度分析設備，為理解不同粒徑二氧化硅顆粒的光學行為提供了物理依據。

折射率匹配：是指當懸浮液中固體顆粒的折射率與周圍液體介質折射率接近或相等時，光線在穿過界面時幾乎不發生散射與折射，從而使整個體系在宏觀上呈現均勻透明的狀態。該方法尤其適用于牙膏、化妝品等高濃度、多分散顆粒體系的產品開發。

凝膠：在工業實踐中，含有牙膏所有可溶性成分（即膠基、保濕劑、可溶性添加劑和水），但不含二氧化硅的溶液被稱為凝膠。

二氧化硅顆粒被廣泛應用于牙膏、護膚品和化妝品等個人護理產品中，按照折射率匹配方法，可以通過調整牙膏中二氧化硅顆粒和凝膠的折射率，從而使得牙膏呈現高透明度。然而，商業牙膏中使用的二氧化硅多為多分散、不規則形狀、高濃度（10–30 wt%）的工業級產品，與學術研究中常用的單分散、球形、低濃度模型體系差異顯著。此前，折射率匹配法在復雜商業體系中的有效性尚未得到充分驗證。

該研究旨在通過調節凝膠基液的折射率，使其與商業二氧化硅的有效折射率 相匹配，從而提高牙膏的光學透明度。同時，研究也期望探明不同來源、不同物理特性的二氧化硅是否具有相似的有效折射率，以評估該方法的普適性與工業適用性。

圖1. 在0.03重量%的水/甘油混合物中分散的二氧化硅顆粒的顯微照片：（a）二氧化硅1；（b）二氧化硅3。

圖2. Silica 1和Silica 3顆粒的數量分布（AccuSizer A7000SIS顆粒計數器測試結果）

制備完成后，使用數字折射儀測量各組分凝膠的折射率。隨后將二氧化硅顆粒均勻分散于凝膠中形成最終配方，利用濁度儀定量表征樣品濁度，通過穩定性分析儀獲取其在近紅外光下的透光率峰值，以此作為透明度的核心評價指標。

圖3. 不同甘油比例下配方2的視覺效果：（a）甘油比例分別為79.8%、74.9%和69.2%的小瓶，從左至右排列；

2、商業二氧化硅有效折射率相似： 盡管所用二氧化硅在供應商、粒徑和形態上存在差異，但其有效折射率非常接近。本研究得出的平均有效折射率為1.4505，與文獻中高純度球形二氧化硅的值（平均1.4524）高度吻合。這一發現具有工業價值，意味著在為新產品選擇二氧化硅時，可預期其有效折射率在1.45左右，大大降低了配方優化的不確定性與實驗成本。

3、基液成分對透明度有影響： 研究還發現，含有更多溶解性成分（如活性物、表面活性劑）的凝膠2，其整體透射率峰值低于成分簡單的凝膠1，表明這些添加劑本身會引入一定的光吸收或散射。然而折射率匹配的優化規律依然成立。

該項研究成功地證明，通過精細調節凝膠中保濕劑的濃度以實現與二氧化硅顆粒的折射率匹配，可以顯著提升高濃度、多分散商業硅懸浮液的光學透明度。這不僅為開發高透明度牙膏產品提供了直接、高效的實驗路徑，更揭示了不同來源商業二氧化硅具有相似有效折射率這一重要規律，極大地拓展了該方法的工業適用性。

在該研究中，AccuSizer A7000SIS顆粒計數所具備的高分辨率與單顆粒光學傳感技術，能夠為多分散、不規則的實際工業樣品提供可靠的數量分布數據。隨著個人護理產品對感官體驗與配方科學的要求日益提升，將折射率匹配這樣的物理原理與精準的粒度分析等表征技術相結合，必將成為推動產品創新與品質升級的關鍵動力。