仪器网（yiqi.com）欢迎您！

— 激光粒度仪中样品的丁达尔效应 —

Technology  Note

丁达尔效应在生活中随处可见，激光粒度仪中的激光照射到样品时会产生丁达尔效应。本文展示了实验现象，再对丁达尔效应的产生条件进行了分析。如果分散体系中粒子的直径小于入射光波长，则会发生光的散射，这时观察到的是光波环绕微粒而向其四周放射的光，称为散射光或乳光，这时候通过人眼看到的光柱或光路就是丁达尔效应。

丁达尔效应无处不在，使用过激光粒度仪的大家应该知道，当激光照射到样品时会有丁达尔效应的产生，同样地，NICOMP 380系列激光粒度仪（图1）的激光光源，在激光通过分散系时也会产生丁达尔效应（图2）。

图1 Nicomp 380系列激光粒度仪

图2 激光透过ND filter产生的丁达尔效应

丁达尔效应在生活中随处可见。比如，黑暗中探照灯的光束，黑夜就是背景；森林中树叶缝隙处透过的一道道光线，是树叶遮挡了阳光，制造了暗的背景；天空中云缝透过的光线，是乌云中的水滴直径较大，可见光被反射制造了乌黑的暗背景。在有灰尘的房间中可以看到光线，也可以看到灰尘在跳舞，是因为室内相对室外较暗。

实验现象

先观察一组实验现象，用红色激光笔、普通白色聚光小手电筒作光源，氢氧化铁胶体、淀粉溶液、肥皂水、沐浴露水溶液、牙膏水溶液、洗发露水溶液、冷开水、面粉与水形成的悬浊液、油与水形成的乳浊液无论明、暗处都有光路，暗处比明处光路明显。光源为红色，光路为红色，光源为白色，光路为白色或者蓝色。

图3 室温，暗处，红、白两色光源，液态分散系中的光路对比

丁达尔效应产生的条件

当一束光照射到分散系时，如果入射光的频率与分散质固有频率相同时则发生光的吸收现象。如果分散质对可见光的吸收具有选择性，这时透射光的颜色为其互补色。比如硫酸铜溶液吸收可见光中的红光，所以显示蓝色。硝酸钾、氯化钠、硫酸钾等许多溶液是无色透明的，是因为分散质粒子对可见光的吸收很微弱。

越浓的硫酸铜溶液，对红光吸收作用越强，所以用红色激光笔照射时，观察不到光路。有文献专门探究了不同颜色的光源对胶体和溶液所产生的光学效应。硫酸铜溶液极稀时可以看到微弱的光路，主要是硫酸铜和水反应生成了难溶物Cu2(OH)2SO4，此时溶液中分散质粒子对光散射作用大于对光的吸收作用，所以可以看到微弱的光路。如果粒子直径大于入射光波长很多倍，则发生光的反射，但是各个粒子的反射面不一样，所以形成漫反射，呈现浑浊。粗分散系中的分散质粒子直径高达1000~5000nm，观察到的是浑浊的反射光，而看不到光路。例如用红色激光照射浑浊的泥水时，只观察到浑浊的光而观察不到光路。

如果粒子直径小于入射光波长，则发生光的散射，这时观察到的是光波环绕微粒而向其四周放射的光，称为散射光或乳光。胶体分散质粒子直径大小在1~100nm之间，小于可见光波长（400~750nm），因此，当光束透过胶体时会产生明显的散射作用。丁达尔效应就是光的散射现象或称乳光现象。例如红色激光照射氢氧化铁胶体等分散系，可以观察到明显光路，见图3。

NICOMP采用了 ND filter（图2） 和自动稀释技术，以及多角度模块，可以适用测试各种浓度的悬浮液，从而帮助我们科研学者规避人工配样误差以及分析方法开发中的难题。同时NICOMP为了规避部分样品的吸光问题（如硫酸铜溶液会吸收红光），还可以采用不同波长的激光以及绿色激光，来满足各类测试需求。

丁达尔效应与科学研究

综上所述，丁达尔效应的产生是因为分散体系中粒子的直径比入射光的波长小而产生的散射现象。在科学研究中，丁达尔效应经常被用于快速检测分散体系中是否是纳米级。比如有学者对石菖蒲—益 智仁挥发油微乳的研制中就用丁达尔效应快速判断是否是纳米体系，还有学者使用纳米胶囊靶设计抗 癌药物，也是用丁达尔效应来快速判断。还有一些学者利用丁达尔效应申请了一些专 利，比如利用光学扩散层中产生“丁达尔效应”对光线产生散射作用，再通过光学扩散层对光线产生折射，从而提高光学扩散膜的雾度和透过率，由此申请了新型光学扩散膜。

大家知道“耶稣光”吗？耶稣光即丁达尔效应形成的云隙光，云隙光是从云雾的边缘射出的阳光，照亮空气中的灰尘而使光芒清晰可见。照耀地面的云隙光，在西方国家被称为耶稣光或上帝之梯。

图4 丁达尔效应产生的“耶稣光”