研究背景
洗发水已经是日常生活中必bei用品，货架上种类繁多的洗发水让人应接不暇，但无论哪种洗发水，清洁是洗发水中表面活性剂的主要功能。实际上，起泡特性更能直观地吸引消费者。泡沫是洗涤产品质量的重要特性，很多人洗头发时都有这样一种感受：如果头发特别脏的话，用洗发水洗头的时候起的泡沫就会少；而如果头发比较干净的话，起的泡沫就会多。
这是由于洗发水中都会有表面活性剂，能起到清洁作用。表面活性剂有亲水和亲油（疏水）两端，其中亲油部分一般是长链烷基等非极性基团，与有机物的作用力大、与水的作用力小；亲水部分一般是磺酸基等极性基团，与水的作用力大、与有机物的作用力小。在与油污相互作用时，亲油基团向内插入油污中，而亲水基团则向外，于是表面活性剂就将油污包裹成一团。把头发上的油污洗干净就是表面活性剂用于增溶。把洗发水加水打匀的过程实际上是一个搅拌过程，在这个过程中溶有表面活性剂的溶液与空气充分接触。如果没有油供亲油基团去发生作用，那么亲油基团就会远离水，形成气泡。油污越少，参与形成气泡的表面活性剂的量就越多，形成的泡沫就多；油污越多，参与形成气泡的表面活性剂的量就越少，形成的泡沫就少。
实验部分
本实验是购买了几个大众品牌的洗发水，其主要的成分表面活性剂见表1。
表1. 实验洗发水及主要成分
仪器及测试原理：
使用德国KRÜSS公司DFA100型泡沫测试仪可准确测量泡沫起泡性和泡沫的衰变速度。其主要原理为利用搅拌或鼓气的方式产生泡沫，根据样品的透光率，通过光学传感器来监测泡沫产生的高度和泡沫结构。
图1.KRÜSS DFA100泡沫分析仪
通过测量通过玻璃柱的透光量，连续监测总高度（液体加泡沫）如图2所示。使用泡沫结构模块测量了二维泡沫结构。在这个模块中，泡沫在玻璃柱中产生，玻璃柱上包含一个棱柱。基于全反射原理，该棱镜可以产生具有高对比度的二维泡沫结构的图像。用泡沫分析软件对所得到的图像进行分析，并记录每个时间步长的气泡大小分布。
图2. DFA 100泡沫分析仪测试原理
将样品与水按照1:10的比例调配成溶液，实验时移取100ml溶液于测试玻璃量柱中，采用专用的Foam Flash间歇搅拌的起泡方式，转速3500r/min，搅拌2s静止3秒，重复50个周期，即发泡时间为100s。样品溶液与空气充分接触的过程中产生泡沫，来模拟实际洗头的起泡方式。
结果与讨论
样品的起泡能力与泡沫高度是密切相关的。一般来讲，在相同浓度下，样品起泡性越强，产生的泡沫越多，其泡沫高度也越高；反之，起泡性差的样品，其泡沫高度也相对较低。并且起泡能力是与时间相关的，随着搅拌时间的增大，产生的泡沫也越多。如图所示，4个洗发水的起泡性为样品A>样品C>样品B>样品D。其中样品A洗发水的总高度最高，远远超过其他3个，搅拌发泡后最大泡沫高度为186.7mm。在随后观察的30min内，泡沫都很稳定，总高度没有明显下降。
图3. 4个洗发水溶液的总高度
泡沫结构可以直观的分析洗面奶泡沫的细腻程度。可以观测不同样品分别在不同时刻下的泡沫结构图来分析比较泡沫的差异。根据泡沫结构图，我们还可以统计得到更详细的泡沫结构数据，分别为：
表2列出了4个洗发水的初始泡沫尺寸和总个数，从表中可以看出，4个洗发水整体泡沫都比较细腻丰富，其中总泡沫个数依次为样品A>样品C>样品B>样品D。在洗发过程中，单纯揉搓洗发水溶液产生的泡沫数以十万计，这些泡泡均匀地涂抹包裹住发丝上的油污。此外，搅拌完成后，单位面积下的泡沫个数，也能反应泡沫绵密程度。从图4可以看出，在发泡结束的30min内，样品D和样品B洗发水的泡沫数量快速下降，而样品A洗发水数量一直维持在较高的数量水平。
表2. 4个洗发水的泡沫尺寸和个数比较
图4. 4个洗发水溶液的单位面积泡沫个数
结论
采用动态泡沫分析仪DFA100 及其泡沫结构模块 FSM对4个洗发水进行测试。测试的重点是泡沫的体积和起泡数量，因为这两个泡沫特性对洗发护理特别重要。发泡是洗发产品重要特性之一，从洗涤机理上看，泡沫和洗涤能力并无关系，但在使用和漂洗上是有重要作用的。洗发产品在清洁使用过程中必须有一定量的泡沫，且相对比较稳定。
