其他行业应用专题 | 颗粒计数器在日化护理产品上的应用

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摘要：在个人护理用品市场，产品的视觉表现已成为影响消费者选择的关键因素。尤其是对于牙膏这类凝胶悬浮液产品，其内部大量添加的二氧化硅颗粒（作为磨料或增稠剂）与基液之间的折射率差异，会导致光线散射，造成产品浑浊或不透明。如何在保持功能性的同时实现产品的高透明度，一直是行业面临的技术难题。

近期，一项发表于国际期刊《Colloids and Surfaces A》的研究，通过系统应用折射率匹配方法，成功实现了高透明度牙膏配方的开发。在该研究中，AccuSizer A7000SIS颗粒计数器作为关键的粒度分析设备，为理解不同粒径二氧化硅颗粒的光学行为提供了物理依据。

折射率匹配：是指当悬浮液中固体颗粒的折射率与周围液体介质折射率接近或相等时，光线在穿过界面时几乎不发生散射与折射，从而使整个体系在宏观上呈现均匀透明的状态。该方法尤其适用于牙膏、化妆品等高浓度、多分散颗粒体系的产品开发。

凝胶：在工业实践中，含有牙膏所有可溶性成分（即胶基、保湿剂、可溶性添加剂和水），但不含二氧化硅的溶液被称为凝胶。

二氧化硅颗粒被广泛应用于牙膏、护肤品和化妆品等个人护理产品中，按照折射率匹配方法，可以通过调整牙膏中二氧化硅颗粒和凝胶的折射率，从而使得牙膏呈现高透明度。然而，商业牙膏中使用的二氧化硅多为多分散、不规则形状、高浓度（10–30 wt%）的工业级产品，与学术研究中常用的单分散、球形、低浓度模型体系差异显著。此前，折射率匹配法在复杂商业体系中的有效性尚未得到充分验证。

该研究旨在通过调节凝胶基液的折射率，使其与商业二氧化硅的有效折射率 相匹配，从而最大化牙膏的光学透明度。同时，研究也期望探明不同来源、不同物理特性的二氧化硅是否具有相似的有效折射率，以评估该方法的普适性与工业适用性。

图1. 在0.03重量%的水/甘油混合物中分散的二氧化硅颗粒的显微照片：（a）二氧化硅1；（b）二氧化硅3。

图2. Silica 1和Silica 3颗粒的数量分布（AccuSizer A7000SIS颗粒计数器测试结果）

制备完成后，使用数字折射仪测量各组分凝胶的折射率。随后将二氧化硅颗粒均匀分散于凝胶中形成最终配方，利用浊度仪定量表征样品浊度，通过稳定性分析仪获取其在近红外光下的透光率峰值，以此作为透明度的核心评价指标。

图3. 不同甘油比例下配方2的视觉效果：（a）甘油比例分别为79.8%、74.9%和69.2%的小瓶，从左至右排列；

2、商业二氧化硅有效折射率相似： 尽管所用二氧化硅在供应商、粒径和形态上存在差异，但其有效折射率非常接近。本研究得出的平均有效折射率为1.4505，与文献中高纯度球形二氧化硅的值（平均1.4524）高度吻合。这一发现极具工业价值，意味着在为新产品选择二氧化硅时，可预期其有效折射率在1.45左右，大大降低了配方优化的不确定性与实验成本。

3、基液成分对透明度有影响： 研究还发现，含有更多溶解性成分（如活性物、表面活性剂）的凝胶2，其整体透射率峰值低于成分简单的凝胶1，表明这些添加剂本身会引入一定的光吸收或散射。然而折射率匹配的优化规律依然成立。

该项研究成功地证明，通过精细调节凝胶中保湿剂的浓度以实现与二氧化硅颗粒的折射率匹配，可以显著提升高浓度、多分散商业硅悬浮液的光学透明度。这不仅为开发高透明度牙膏产品提供了直接、高效的实验路径，更揭示了不同来源商业二氧化硅具有相似有效折射率这一重要规律，极大地拓展了该方法的工业适用性。

在该研究中，AccuSizer A7000SIS颗粒计数所具备的高分辨率与单颗粒光学传感技术，能够为多分散、不规则的实际工业样品提供可靠的数量分布数据。随着个人护理产品对感官体验与配方科学的要求日益提升，将折射率匹配这样的物理原理与精准的粒度分析等表征技术相结合，必将成为推动产品创新与品质升级的关键动力。

参考文献

[1] Teoman B, Potanin A, Armenante P M. Optimization of Optical Transparency of Personal Care Products Using the Refractive Index Matching Method. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2020; https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125595.

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