简介
化妆品稳定性是配方开发中的关键挑战。 无论是开发含颜料的悬浮液、透明精华液，还是复杂的乳状液，配方师都必须确保产品在整个保质期内保持均一性、功效稳定性和良好外观。 沉降、上浮、絮凝或相分离等失稳现象不仅会影响产品性能，还可能影响消费者体验和法规合规性。
在化妆品稳定性测试流程中，Zeta 电位（包括表面 Zeta 电位）是一项重要但尚未得到充分应用的分析工具。 这一电动学参数可表征分散颗粒或液滴表面及其周围界面层的电荷特性。 通过量化颗粒间、液滴间以及配方与基底表面之间的相互作用，Zeta 电位和表面 Zeta 电位为评估和优化配方稳定性，以及研究配方与皮肤、毛发或指甲等目标基底之间的相互作用提供了可靠的定量方法。 对于静电作用力会影响聚集、沉积、黏附、铺展行为及整体感官特性的体系，这一点尤为重要。
法规合规性
化妆品稳定性测试是化妆品开发的关键环节，旨在评估并支持产品在整个预期保质期内保持安全性、质量和性能。 从监管角度来看，法规并未规定统一的化妆品稳定性测试标准方案，而是要求制造商证明产品在可合理预见的储存和使用条件下能够保持稳定。 在欧盟，《法规（EC）第1223/2009号》要求依据稳定性数据确定最短保质期限或开封后使用期限（PAO），并将相关信息纳入产品信息档案（PIF）。 其他监管框架也遵循类似原则，例如，美国 食品药品监督管理局（FDA）指南以及 ISO 标准（如 ISO 22716 和 ISO/TR 18811）均强调，应根据化妆品的配方、包装和预期用途采取风险导向的方法。 因此，稳定性测试策略通常结合实时稳定性测试与加速稳定性测试，并辅以物理、化学和微生物学评估，从而形成符合监管要求、充分且可靠的产品稳定性证据。
化妆品配方中 ζ 电位为何重要
大多数化妆品都属于分散体系，例如膏霜和乳液、含悬浮活性成分的精华液、含分散矿物颗粒的防晒产品，以及纳米乳液和微乳液。 在化妆品稳定性测试中，ζ 电位不仅可以反映化妆品的长期稳定性，还能提供有关成分基质、配方内部相互作用以及配方与周围表面之间相互作用的信息。 ζ 电位绝对值越高，颗粒间的排斥作用越强；ζ 电位绝对值越低，排斥作用越弱，颗粒越容易发生聚集、絮凝或聚并（图 1）。
乳状液
在乳化体系中，离子型或可电离乳化剂会在油–水界面吸附并定向排列，使分散液滴带上界面电荷。 由此在剪切面处形成的静电势（ζ电位）是决定分散体系中粒子间相互作用的关键参数。
ζ电位有助于评估液滴的抗聚并能力、对电解质浓度变化的敏感性，以及与带电或具有表面活性的功效成分和防腐剂之间的相容性。 足够高的ζ电位绝对值可增强液滴之间的静电斥力，从而有助于提高胶体稳定性。
加入电解质或可电离活性成分会压缩液滴周围的双电层，从而降低ζ电位的绝对值。 双电层压缩会削弱静电斥力，可能增加絮凝或聚并的风险，并最终影响乳液稳定性。
因此，在配方开发阶段的化妆品稳定性测试中，通常通过测量ζ电位来优化乳化剂类型、表面活性剂浓度、pH 值和离子强度，从而提高乳液稳定性的稳健性和可重现性。
悬浮液
在粉底液、矿物防晒霜、泥膜以及含锌类活性成分的去屑洗发水等颗粒分散型化妆品体系中，产品性能和感官特性在很大程度上取决于分散固相的稳定性。 此类配方通常属于高浓度、多相胶体体系，其中颜料、矿物填料或紫外线滤光剂悬浮于连续相中。 颗粒聚集会导致一系列不良影响，包括颗粒感增强、沉降加快、均匀性降低以及外观品质下降。 在矿物防晒霜中，TiO₂ 或 ZnO 颗粒聚集还可能降低有效表面覆盖率，从而影响 SPF（防晒系数）值和紫外线防护的均匀性。 同样，在粉底配方中，颜料稳定性不足会影响颜色一致性、光学性能和产品整体质量。
在颗粒分散体系的化妆品稳定性测试中，Zeta 电位是评估和调控胶体稳定性的关键参数。 通过量化分散颗粒间的静电排斥作用，Zeta 电位测量有助于深入了解颗粒间相互作用，并为合理选择和优化分散剂、稳定剂及其他添加剂提供依据。
在所研究的粉底样品中，测得的 Zeta 电位约为
–25 mV，表明颗粒表面电荷的绝对值处于中等偏高水平，体系具有一定的静电稳定性。 将 Zeta 电位调节并维持在适当范围内，有助于改善长期稳定性、减少沉降和结块，并使产品在整个保质期内保持一致的功能和感官特性。
为进一步说明该配方的电动学特性，图 2 展示了代表性粉底样品的 Zeta 电位分布图（a）及相应的相位图（b），反映了分散颗粒的电荷分布和体系的整体均匀性。
Zeta 电位（包括表面 Zeta 电位）是化妆品配方开发中一项重要的辅助分析手段，有助于及早评估悬浮液、精华液和乳液的稳定性。 结合粒径分析、流变学测试和老化研究，可帮助配方开发人员深入了解颗粒与表面之间的相互作用，尽早识别稳定性风险，减少重新配方的工作量，并开发出稳定可靠的高品质产品。
pH 值与皮肤相容性
在化妆品稳定性测试中，pH 是一项关键参数，会影响皮肤相容性、配方成分的稳定性、防腐剂效力、体系黏度，以及活性成分和聚合物的性能。 大多数化妆品的 pH 值通常控制在 4.0–8.0 左右，具体目标值取决于产品的应用类型。 免洗型护肤品的适宜 pH 值为 4.5–5.5，与皮肤的天然酸性环境相近；面霜、乳液和精华液的 pH 值通常为 5.0–6.5。 洗发水、沐浴露等冲洗型产品可采用相对较高的 pH 值，常见范围为 6.0–7.5。 pH 值偏离适宜范围会对产品质量和安全性产生不利影响：酸性过强的配方可能刺激皮肤，并影响聚合物或表面活性剂的稳定性；碱性过强则可能损伤皮肤屏障、降低防腐体系的效力，并导致颜色或气味异常。 由于多种增稠剂、乳化剂和活性成分的 pH 稳定范围较窄，精确控制 pH 对于获得稳定且性能良好的配方至关重要。
离子强度与电解质效应
离子强度在化妆品稳定性测试中同样至关重要，它通过调节聚合物、表面活性剂、乳液与分散体系之间的静电相互作用影响配方稳定性。 多数化妆品配方更适合采用低至中等电解质水平；对于氯化钠或硫酸镁等常见电解质，相应盐浓度通常低于约 0.1 wt%–0.5 wt%。 离子强度过高可能对配方稳定性产生不利影响，导致带电聚合物塌缩或沉淀、卡波姆凝胶黏度下降以及乳液失稳。 相反，某些配方体系——尤其是通过盐增稠的表面活性剂产品——需要精确控制电解质添加量，以获得所需的流变性能和使用性能。
表面活性剂的选择与浓度
表面活性剂是化妆品配方中的关键功能成分，可发挥清洁、乳化、增溶和起泡作用，同时也会显著影响产品对皮肤的温和性及配方的整体稳定性。 典型用量因应用而异：驻留型产品的表面活性剂浓度通常较低（≤ 1 wt% 至 2 wt%），主要用作乳化剂或增溶剂；冲洗型产品的用量则明显更高，按表面活性剂总活性物含量计，通常为 5 wt% 至 20 wt%。 表面活性剂的选择会从多方面影响配方，包括对 pH 的耐受性、电解质敏感性，以及与聚合物和防腐剂的相容性。 较温和的表面活性剂体系（如非离子型和两性型）通常可提高配方设计的灵活性，而刺激性相对较强的表面活性剂往往会缩小适用的 pH 和盐浓度范围，从而增加配方失稳或皮肤刺激的风险。
聚合物稳定性与配方复杂性
聚合物会影响化妆品配方的流变特性、质地、稳定性和感官属性。 每种聚合物都有特定的 pH 稳定范围（例如，卡波姆体系通常在 pH 5 至 8 范围内表现较好），并可能对多种配方变量较为敏感，包括离子强度、表面活性剂类型、剪切条件和温度。 若聚合物的使用条件超出其适宜范围，例如 pH 或电解质浓度不合适，可能导致黏度下降或相分离。 复配多种聚合物可以拓宽配方的适用范围并改善性能，但也会增加配方的复杂性。 总体而言，与相应的合成聚合物相比，天然聚合物的稳定范围和耐受范围通常更窄。
例如，在热防护型护发配方中，聚合物–有机硅杂化材料可形成内聚性好、渗透性低的膜层，从而调节向角蛋白纤维的热传递，并使表面水分在高温下保持稳定。 聚合物和共聚物可增强结构完整性并实现可控成膜，而有机硅则可提高热稳定性、降低摩擦，并使热量在毛鳞片表面分布得更均匀。 通过 ζ 电位分布可以定量表征这些材料与毛发表面的相互作用，该分布反映了聚合物–有机硅吸附所引起的表面电荷变化。 通过 动态流动电位测量，可表明这些调理膜层能够持续附着于带负电的毛发基底，并用于评估配方组分的亲和性以及保护层在剪切和流体流动条件下的稳定性。
图 4 展示了两种护发产品在人发上的吸附特性，具体表现为表面 ζ 电位的变化。 与未经处理的人发样品（黑色曲线）相比，经产品处理后（橙色和红色曲线）的ζ 电位明显偏移。 这表明，配方组分的吸附改变了头发表面的电荷。
化妆品配方的 ζ 电位显著受 pH、离子强度、表面活性剂和聚合物影响，这些因素共同决定体系中的静电相互作用及其稳定性。 严格控制 pH 至关重要，因为 pH 波动可能影响成分稳定性、防腐剂效能、皮肤相容性和聚合物性能。 离子强度和表面活性剂的选择还会影响电荷屏蔽效应、黏度和乳液稳定性，而电解质含量过高或选用刺激性较强的表面活性剂会增加体系失稳的风险。 聚合物对 pH 和盐浓度尤为敏感，因此需审慎优化各项配方参数，以提升产品的稳健性、稳定性和整体性能。
表面 ζ 电位对皮肤与化妆品相互作用的影响
化妆品配方与皮肤表面的相互作用在很大程度上受表面电荷特性影响，尤其是表面 ζ 电位以及分散颗粒或液滴的 ζ 电位。 在生理 pH 值条件下，人体皮肤表面通常呈轻微负 ζ 电位，这主要源于角质层蛋白质和脂质中羧基和磷酸基团的解离。 因此，乳液液滴、聚合物调理剂、颜料或包封活性成分等化妆品组分的静电特性，会显著影响其在皮肤上的黏附、沉积和分布。 具有正 ζ 电位的颗粒或液滴可能与带负电的皮肤表面产生较强的静电吸引，从而有助于增强滞留性和靶向递送效果。 相反，带有同种电荷的体系可能产生静电排斥，从而降低沉积效率。 因此，了解并控制 ζ 电位有助于配方研发人员调控配方与皮肤之间的相互作用，改善遮盖力和持久性等性能，并设计具有特定沉积和释放特性的递送体系。
ζ电位：稳定性评估的补充工具
需要注意的是，ζ 电位并不能替代传统稳定性测试。 而是可作为现有化妆品稳定性评估方法的补充，包括粒径分析、流变学分析和化妆品加速稳定性测试。 这些方法符合广泛认可的化妆品稳定性测试指南，有助于提高稳定性测试的全面性和可靠性。 综合运用这些技术，可以更全面地了解配方从早期筛选到最终产品验证各阶段的整体表现。
