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丁達爾效應（Tyndall effect），也叫“丁達爾現象”，是一種光的散射現象。該現象由英國物理學家丁達爾(J.Tyndall)首先發現，當光束透過膠體溶液或其它高分子溶液時，從與光垂直的方向可以觀察到膠體溶液或其它高分子溶液中出現一條光亮的“通路”，這種現象叫做丁達爾效應。

其原理是光被懸浮的膠體粒子（1-100nm）散射而形成的，丁達爾效應是膠體特有的性質，而這種特性來源于膠體分散相中尺寸約 1～100 nm 的粒子。在光的傳播過程中，光線照射到粒子時，如果粒子大于入射光波長很多倍，則發生光的反射；如果粒子小于入射光波長，則發生光的散射，這時觀察到的是光波環繞微粒而向其四周放射的光，丁達爾效應就是光的散射現象。當入射光為白光時，看到的丁達爾光錐往往呈現淡藍色，其原理類似于瑞利散射，因為散射光的強度與波長的四次方成反比，而藍光的散射比紅光強得多。

丁達爾效應在日常生活中十分常見，例如，激光筆照射Fe(OH)3膠體溶液時出現的光路；丁達爾效應在生物醫藥工作方面的應用：在臨床檢驗領域有較為廣泛的研究，例如：生物試劑檢測與制備，對生物分子的濃度進行快速檢測；耳石癥輔助診斷；輸液制劑檢測等。當陽光透過窗戶的縫隙進入昏暗的房間，或者光線穿過樹葉間的間隙照射在茂密的森林中，都可以觀察到丁達爾效應；而在電影放映時，當光束射向銀幕上形成的光柱，也是丁達爾效應的體現。根據丁達爾效應的原理，可將其應用于教學實驗鑒別溶膠等以及舞臺設計、交通警示等其他領域。

簡史

在古代時，人們就接觸和利用很多種膠體，例如生活中遇到的面團、乳汁、油漆等均屬于膠體范圍。1663年，卡西尼斯（Cassius）用氯化亞錫還原金鹽溶液制得了紫色的金溶膠。直至19世紀初，人們對膠體的研究才真正開始。例如1901年列斯使用U型管發現了膠體的“電泳”現象，18年后，布朗用顯微鏡發現粒子在不停運動，即“布朗運動”。

直至1857年，邁克爾·法拉第（Michael Faraday）使一束光線通過一個玫瑰紅色的金溶膠，從側面看到金溶膠中出現一條光路。后來丁達爾對此現象做了廣泛的研究，后續人們把此種現象命名為“丁達爾效應”。1869年，約翰·丁達爾首次發現，若令一束經聚集的光投射到溶膠上，則從側面（即與入射光垂直的方向上）可以看到一個發光的圓錐體，這個圓錐也被稱為丁達爾圓錐，并分析這個光的通路主要是膠體中分散質微粒散射出來的光。

在此時期，大約1861-1864年，格拉阿姆（Thomas Graham）通過實驗將晶體與膠體區分，并命名此類物質為“膠體”，建立“膠體化學”學科。1903年，西登托夫（Siedentopf）與齊格蒙第（Zsimondy）發明了超顯微鏡，觀察到了膠粒的散射光。四年后，法伊曼明確提出膠體概念，確定其粒子大小在1-100nm之間。

原理

丁達爾效應是溶膠對光發生強烈散射的結果。光是電磁波。光照射粒子后使其極化為偶極子，偶極子振動時向各個方向發射與入射光同頻率的電磁波，這就是散射光。如果是均勻單相介質，散射光波相互干涉而抵消，就觀測不到光散射現象。如果是不均勻的介質(包括粒度不均一、密度漲落、濃度漲落)，散射光波不能抵消，有的還干涉增強，也能觀測到散射現象。所以光學不均勻性是產生散射現象的根本原因。

而當光束透過膠體溶液或其它高分子溶液時，從光的角度來說分為兩種情況，當光線射入分散體系時，第一種若入射光的波長小于分散質的粒子，則發生光的反射或折射現象，粗分散體系屬此類，看不到丁達爾效應。

第二種則是若入射光的波長大于分散質的粒子，則發生光的散射現象。此時，光波繞過粒子而向各個方向散射出去，使得分散質粒子成為發光點。而分散質粒子散射出來的光稱為乳光或散射光。無數被光照射的分散質粒子散射出乳光，使得匯聚光的傳播路徑顯示出來了。從側面（與光垂直的方向）可以看到匯聚光的傳播路徑，形似一個發光的圓維體。

而從分散系的角度來說，當粗分散體系遇見入射光時發生光的反射或折射，不發生散射。因此，人的肉眼看不到丁達爾效應。

但溶膠中粒子的直徑為1~100nm，可見光的波長為400~760nm，因此，溶膠發生光的散射，并且出現丁達爾效應。

至于分子分散體系（一般為真溶液），雖然粒子的直徑(小于1nm)小于可見光波長，也會發生散射，但粒子實在是太小了，散射不明顯，不能看到明顯的光路。

與瑞利散射的比較

英國物理學家瑞利（Rayleigh）研究丁達爾現象的散射光強度時發現，對于粒徑遠小于入射光波長 (，小于40納米)的溶膠體系，且粒子為不吸收光的球型非導體，散射光的強度與入射光波長的四次方成反比，公式為

上式稱為瑞利散射公式，式中，為單位體積中的粒子數，即粒子濃度；為單個粒子的體積；和分別為分散相粒子和分散介質的折射率。瑞利散射公式只適用于小粒子的稀溶膠，因此不考慮內外干涉。

根據瑞利散射公式可以知道散射光強度與入射光波長的四次方成反比，所以波長較短的藍紫光比波長較長的紅光散射更明顯。當一束光通過粒徑較小的溶膠，如果粒子不吸收光，由于短波長的藍紫光易發生散射，側面看到的光顯藍色，而透過光顯橙紅色。雨過天晴或秋高氣爽的天空呈蔚藍色是因為空氣密度漲落發生強烈散射作用。交通信號燈用紅色作為警示是考慮長波長的紅色光不容易被散射。

與米氏散射的比較

當散射粒子的尺寸接近或大于波長時（），則不適用于瑞利散射，發生米氏散射。其特點在于光強隨與波長的較低冪次成反比，意味著隨著粒子線度的增大，散射光強與波長的依賴關系逐漸減弱，而且散射光強隨波長的變化出現起伏，這種起伏的幅度也隨著比值的增大而逐漸減少。通過對丁達爾效應、瑞利散射和米氏散射理論的比較，可以解釋天空之所以是藍色的，白晝為什么是亮的等現象。大氣對藍光的散射遠強于對紅光的散射，所以天空看上去是藍色的。而清晨日出或傍晚日落時，太陽光幾乎平行于地面照射，陽光需要穿過厚厚的大氣層才能到達人眼。波長較短的藍光都被散射掉，只有波長較長的紅光才能到達觀察者的眼睛，所以清晨或者傍晚，天空邊緣呈現紅色。

應用

教學實驗

由于溶膠粒子阻擋光線產生的散射現象，出現丁達爾效應，而溶液對入射光沒有散射作用，沒有丁達爾效應；粗分散系統對光只有反射作用，也沒有散射作用，沒有丁達爾效應；只有溶膠對光產生散射作用。因此，丁達爾效應是區分膠體與溶液的一種常用物理方法，也常用于教學實驗探究，鑒別溶膠。

此外，丁達爾效應可以結合生活中常見的物質進行創新實驗。例如利用水晶泥（海洋寶寶）吸水后變成膠體的性質，將水晶泥加入自來水，吸水后使用激光筆照射，就可以觀察到丁達爾效應，從而通過實驗提升教學趣味性和學生對丁達爾效應的理解。

舞臺設計

丁達爾現象在生活中最普遍的應用是舞臺的燈光設計和照片拍攝。通過燈光的設計，一些不能通過語言或肢體表演表達的情緒，可以用多彩變幻的光束來表現。當觀眾的目光隨著舞臺光束的引導移動時，也會很自然地沉浸在舞臺劇之中。

解釋溶膠的顏色變化

溶液的顏色取決于溶質對可見光的吸收波長。如果溶液對可見光沒有吸收，溶液是無色的。如果溶液吸收特定波長的光，其顏色呈現其補色。

溶膠有丁達爾效應，體系的顏色除了考慮粒子對光的選擇吸收外還得考慮散射作用如果粒子對可見光的各部分吸收都很弱，則呈現散射光的顏色，并與觀測方向有關，即側面看呈淡藍色，對著光源看呈淡橙色。如果粒子選擇吸收某種特定波長的光，則溶膠呈現其補色。例如紅色的金溶膠是因為金膠粒對500~600nm的綠光有較強吸收，因而透過光星現其補色一一紅色，而微弱的散射光則掩蓋，此時溶膠顏色鮮亮并與觀測方向無關。但金溶膠放置一段時間后，顏色逐漸由紅變藍。這是因為放置后粒子變大，散射增強且散射光波長向長波方向移動，透過光趨向波長較短的藍光，所以溶膠顏色變藍。

大分子質均平均摩爾質量的測定

大分子溶液的光散射是由于體系分子熱運動引起的不均一性導致。其散射光強度與溶劑的密度漲落、大分子的濃度漲落以及散射光之間的干涉等多種因素有關。根據漲落理論，可以導出大分子稀溶液的散射公式

式中稱為瑞利比，代表散射光對入射光的相對強度，是光散射實驗中的重要參數，稱為光學常數，是入射光在真空中的波長，為溶液濃度，為分子量，為溶液折射率隨濃度的變化率，介質折射率，為阿伏伽德羅常數。結合大分子滲透壓公式，非理想溶液可以推導出

上式是光散射方法測定大分子分子質量的基本公式。測定散射光強時通常固定測量部位在處，測定不同濃度的，以對作圖由直線截距可求得。

測量溶膠粒徑

普通光學顯微鏡的分辨率為200nm，無法觀測小于100nm的膠體。1~100nm的膠體用普通顯微鏡觀測是透明的。在電子顯微鏡發明以前，主要利用超顯微鏡來間接測定膠粒的平均大小并推斷膠粒的形狀。

超顯微鏡又稱暗視野顯微鏡，通過普通顯微鏡觀測粒子的Tyndall散射光能觀察到0.005～0.2微米的微粒。超顯微鏡與普通顯微鏡的區別是，背景為暗場，光源從側面照射到膠體。如果是沒有膠粒的均勻介質，視野一片黑暗若有膠粒存在，則在黑暗背景中有閃爍光點，這個光亮點就是膠粒的散射光圖像。超顯微鏡觀測到的不是膠粒本身而是其散射光。但是可以根據光亮點的強弱判定粒子大小，由閃爍情況推斷粒子的對稱性。粒子對稱性越差越閃爍。溶膠粒子大小通過對發光點的計數，再結合一定粒子數的體積或重量來計算得到。

工程建設

在工程建設過程中有基于丁達爾效應對隧道洞口的車輛安全無障礙技術進行研究，利用光煙霧機制，根據丁達爾效應原理采用納米級煙霧在隧道前方的迎車面上形成薄霧狀的膠體介質，再用一定形式展開的紅色激光束穿過該介質，形成遠距離可見的禁行光束，結合光的色散機制達到在淺紅色薄霧膠體介質區域的高亮度紅色禁行標志，用以提醒司機禁行，可實現遠距離提醒駕駛員應急信息的作用，警醒性強，并且無實物阻攔，安全性提升。