丁達(dá)爾效應(yīng)

效應(yīng)介紹

命名始源

英國(guó)物理學(xué)家約翰·丁達(dá)爾（John Tyndall，1820～1893年），1869年，約翰·丁達(dá)爾發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光通過(guò)膠體時(shí)，從垂直入射光的方向可以觀(guān)察到一條光的通路，即丁達(dá)爾效應(yīng)。4 這條光亮的“通路”是由于膠體粒子對(duì)光的散射形成的。丁達(dá)爾效應(yīng)是區(qū)分膠體和溶液的一種常用物理方法。

產(chǎn)生原因

丁達(dá)爾效應(yīng)是膠體特有的性質(zhì), 而這種特性來(lái)源于膠體分散相中尺寸約 1～100 nm 的粒子。5

“丁達(dá)爾效應(yīng)”，即當(dāng)光傳播途中遇到微粒時(shí)，由于光波的波長(zhǎng)大于微粒尺度而發(fā)生的散射現(xiàn)象，而且光的波長(zhǎng)越接近微粒的尺度則散射現(xiàn)象越明顯，原因在于微粒的尺度越小，即體積越小，會(huì)使得散射光的強(qiáng)度急劇降低，從而光路也不能明顯地被觀(guān)察到。6

當(dāng)光束透過(guò)微粒直徑為1～100nm的膠體時(shí)，從垂直于入射光的方向觀(guān)察，可以看到膠體中出現(xiàn)１條光亮的“通路”，這條“通路”的形成是由于溶膠粒子一般不超過(guò)100nm，小于可見(jiàn)光波長(zhǎng)（400～700nm），從而當(dāng)可見(jiàn)光透過(guò)溶膠時(shí)產(chǎn)生丁達(dá)爾效應(yīng)。而對(duì)于溶液，由于分子或離子粒徑更小，且散射光的強(qiáng)度會(huì)隨散射粒子體積的減小而明顯減弱，從而幾乎不會(huì)產(chǎn)生丁達(dá)爾效應(yīng)。7

實(shí)際應(yīng)用

丁達(dá)爾效應(yīng)是區(qū)分膠體與溶液的一種常用物理方法。（還可以用半透膜檢測(cè)）

丁達(dá)爾效應(yīng)在生物醫(yī)藥工作方面的應(yīng)用：在臨床檢驗(yàn)領(lǐng)域有較為廣泛的研究，例如：生物試劑檢測(cè)與制備，對(duì)生物分子的濃度進(jìn)行快速檢測(cè)；耳石癥輔助診斷；輸液制劑檢測(cè)等。1

丁達(dá)爾效應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)與制造領(lǐng)域方面的應(yīng)用：疏水材料生產(chǎn)；輔助芯片金屬沉積；太陽(yáng)能電池等。1

丁達(dá)爾效應(yīng)在食品安全方面的應(yīng)用：霧霾檢測(cè)；白酒鑒定；某些農(nóng)藥的殘留檢測(cè)等。1

實(shí)驗(yàn)例證

丁達(dá)爾現(xiàn)象

傳統(tǒng)的丁達(dá)爾效應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)常采用膠體和純凈水對(duì)照的方法，通過(guò)激光筆照射，對(duì)比觀(guān)察有無(wú)明亮“通路”出現(xiàn)

1869年，丁達(dá)爾發(fā)現(xiàn)，若令一束匯聚的光通過(guò)溶膠，則從側(cè)面（即與光束垂直的方向）可以看到一個(gè)發(fā)光的圓錐體，這就是丁達(dá)爾效應(yīng)。

其他分散體系（分散系）產(chǎn)生的這種現(xiàn)象遠(yuǎn)不如膠體顯著，因此，丁達(dá)爾效應(yīng)實(shí)際上成為判別膠體與真溶液的最簡(jiǎn)便的方法。如圖1所示為Fe(OH)3 【氫氧化鐵膠體】（上圖）與CuSO4【硫酸銅溶液】（下圖）的區(qū)別。

可見(jiàn)光的波長(zhǎng)約在400～700nm之間，當(dāng)光線(xiàn)射入分散體系時(shí)，一部分自由地通過(guò)，一部分被吸收、反射或散射，可能發(fā)生以下三種情況：9

（1）當(dāng)光束通過(guò)粗分散體系，由于分散質(zhì)的粒子大于入射光的波長(zhǎng)，主要發(fā)生反射或折射現(xiàn)象，使體系呈現(xiàn)混濁。

（2）當(dāng)光線(xiàn)通過(guò)膠體溶液，由于分散質(zhì)粒子的直徑一般在1～100nm之間，小于入射光的波長(zhǎng)，主要發(fā)生散射，可以看見(jiàn)乳白色的光柱，出現(xiàn)丁達(dá)爾現(xiàn)象。

（3）當(dāng)光束通過(guò)分子溶液，由于溶液十分均勻，散射光因相互干涉而完全抵消，看不見(jiàn)散射光。

膠體現(xiàn)象

1869年，英國(guó)科學(xué)家約翰·丁達(dá)爾發(fā)現(xiàn)了丁達(dá)爾現(xiàn)象。丁達(dá)爾現(xiàn)象是膠體中分散質(zhì)微粒對(duì)可見(jiàn)光（波長(zhǎng)為400~700nm）散射而形成的。它在實(shí)驗(yàn)室里可用于膠體與溶液的鑒別。

光射到微粒上可以發(fā)生兩種情況，一是當(dāng)微粒直徑大于入射光波長(zhǎng)很多倍時(shí)，發(fā)生光的反射；二是微粒直徑小于入射光的波長(zhǎng)時(shí)，發(fā)生光的散射，散射出來(lái)的光稱(chēng)為乳光。散射光的強(qiáng)度，還隨著微粒濃度增大而增加，因此進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，膠體濃度不要太稀。

暗室現(xiàn)象

在暗室中，讓一束平行光線(xiàn)通過(guò)肉眼看來(lái)完全透明的膠體，從垂直于光束的方向，可以觀(guān)察到渾濁發(fā)亮的光柱，其中有微粒閃爍，該現(xiàn)象稱(chēng)為丁達(dá)爾效應(yīng)。在膠體中分散質(zhì)粒子直徑比可見(jiàn)光波長(zhǎng)要短，入射光的電磁波使顆粒中的電子做與入射光波同頻率的強(qiáng)迫振動(dòng)，致使顆粒本身像一個(gè)新光源一樣，向各方向發(fā)出與入射光同頻率的光波。丁達(dá)爾效應(yīng)就是粒子對(duì)光散射（光波偏離原來(lái)方向而發(fā)散傳播）作用的結(jié)果，如黑夜中看到的探照燈的光束、晴天時(shí)天空中的藍(lán)色，都是粒子對(duì)光的散射作用。根據(jù)散射光強(qiáng)的規(guī)律和溶膠粒子的特點(diǎn)，只有溶膠具有較強(qiáng)的光散射現(xiàn)象，故丁達(dá)爾現(xiàn)象常被認(rèn)為是膠體體系的特征現(xiàn)象。

樹(shù)林現(xiàn)象

清晨，在茂密的樹(shù)林中，常?？梢钥吹綇闹θ~間透過(guò)的一道道光柱，類(lèi)似于這種自然界現(xiàn)象，也是丁達(dá)爾現(xiàn)象。這是因?yàn)樵?、霧、煙塵也是膠體，只是這些膠體的分散劑是空氣，分散質(zhì)是微小的塵埃或液滴。

耶穌光

攝影界有人將丁達(dá)爾效應(yīng)趣稱(chēng)為“耶穌光”12， 耶穌光即丁達(dá)爾效應(yīng)的形成是靠霧氣或是大氣中的灰塵：當(dāng)太陽(yáng)照射下來(lái)投射在上面時(shí)，就可以明顯看出光線(xiàn)的線(xiàn)條；加上太陽(yáng)是大面積的光線(xiàn)，所以投射下來(lái)的通常不會(huì)只是一點(diǎn)點(diǎn)，而是一整片的壯闊畫(huà)面。

現(xiàn)象實(shí)例

2015年8月7日傍晚，受2015年第13號(hào)臺(tái)風(fēng)“蘇迪羅”外圍云系影響，福州市西面出現(xiàn)美麗的“耶穌光”。

2023年5月16日清晨，雨后的涼山州西昌市邛海國(guó)家濕地公園上空出現(xiàn)“丁達(dá)爾效應(yīng)”。

2023年8月10日，重慶，日出時(shí)分，南川區(qū)大觀(guān)鎮(zhèn)鐵橋村上空出現(xiàn)丁達(dá)爾效應(yīng)。