简史
在古代时，人们就接触和利用很多种胶体，例如生活中遇到的面团、乳汁、油漆等均属于胶体范围。1663年，卡西尼斯（Cassius）用氯化亚锡还原金盐溶液制得了紫色的金溶胶。直至19世纪初，人们对胶体的研究才真正开始。[16]例如1901年列斯使用U型管发现了胶体的“电泳”现象，18年后，布朗用显微镜发现粒子在不停运动，即“布朗运动”。[16][8]
直至1857年，法拉第（Michael Faraday）使一束光线通过一个玫瑰红色的金溶胶，从侧面看到金溶胶中出现一条光路。后来丁达尔对此现象做了广泛的研究，后续人们把此种现象命名为“丁达尔效应”。1869年，丁达尔首次发现，若令一束经聚集的光投射到溶胶上，则从侧面（即与入射光垂直的方向上）可以看到一个发光的圆锥体，这个圆锥也被称为丁达尔圆锥，并分析这个光的通路主要是胶体中分散质微粒散射出来的光。[9][8]
约翰·丁达尔（John Tyndall，1820-08-02—1893-12-04）
在此时期，大约1861-1864年，格拉阿姆（Thomas Graham）通过实验将晶体与胶体区分，并命名此类物质为“胶体”，建立“胶体化学”学科。1903年，西登托夫（Siedentopf）与齐格蒙第（Zsimondy）发明了超显微镜，观察到了胶粒的散射光。四年后，法伊曼明确提出胶体概念，确定其粒子大小在1-100nm之间。[16][8]
原理
丁达尔效应是溶胶对光发生强烈散射的结果。[5]光是电磁波。光照射粒子后使其极化为偶极子，偶极子振动时向各个方向发射与入射光同频率的电磁波，这就是散射光。如果是均匀单相介质，散射光波相互干涉而抵消，就观测不到光散射现象。如果是不均匀的介质(包括粒度不均一、密度涨落、浓度涨落)，散射光波不能抵消，有的还干涉增强，也能观测到散射现象。所以光学不均匀性是产生散射现象的根本原因。[5]
而当光束透过胶体溶液或其它高分子溶液时，从光的角度来说分为两种情况，当光线射入分散体系时，第一种若入射光的波长小于分散质的粒子，则发生光的反射或折射现象，粗分散体系属此类，看不到丁达尔效应。[12]
实验室下光线照射CuSO4溶液
第二种则是若入射光的波长大于分散质的粒子，则发生光的散射现象。此时，光波绕过粒子而向各个方向散射出去，使得分散质粒子成为发光点。而分散质粒子散射出来的光称为乳光或散射光。无数被光照射的分散质粒子散射出乳光，使得汇聚光的传播路径显示出来了。从侧面（与光垂直的方向）可以看到汇聚光的传播路径，形似一个发光的圆维体。[12][5]
实验室下光线照射Fe(OH)3胶体
而从分散系的角度来说，当粗分散体系遇见入射光时发生光的反射或折射，不发生散射。因此，人的肉眼看不到丁达尔效应。[12]
但溶胶中粒子的直径为1~100nm，可见光的波长为400~760nm，因此，溶胶发生光的散射，并且出现丁达尔效应。[12][9]
至于分子分散体系（一般为真溶液），虽然粒子的直径(小于1nm)小于可见光波长，也会发生散射，但粒子实在是太小了，散射不明显，不能看到明显的光路。[12]
与瑞利散射的比较
英国物理学家瑞利（Rayleigh）研究丁达尔现象的散射光强度时发现，对于粒径远小于入射光波长 (
，小于40纳米)[17]的溶胶体系，且粒子为不吸收光的球型非导体，散射光的强度
与入射光波长
的四次方成反比，[5]公式为
上式称为瑞利散射公式，式中，
为单位体积中的粒子数，即粒子浓度；
为单个粒子的体积；
和
分别为分散相粒子和分散介质的折射率。瑞利散射公式只适用于小粒子的稀溶胶，因此不考虑内外干涉。[5][18][19]
根据瑞利散射公式可以知道散射光强度与入射光波长的四次方成反比，所以波长较短的蓝紫光比波长较长的红光散射更明显。当一束光通过粒径较小的溶胶，如果粒子不吸收光，由于短波长的蓝紫光易发生散射，侧面看到的光显蓝色，而透过光显橙红色。雨过天晴或秋高气爽的天空呈蔚蓝色是因为空气密度涨落发生强烈散射作用。交通信号灯用红色作为警示是考虑长波长的红色光不容易被散射。[5]
天空中的丁达尔现象
雾中的信号灯
与米氏散射的比较
当散射粒子的尺寸接近或大于波长时（
），则不适用于瑞利散射，发生米氏散射。其特点在于光强随与波长的较低幂次成反比，意味着随着粒子线度的增大，散射光强与波长的依赖关系逐渐减弱，而且散射光强随波长的变化出现起伏，这种起伏的幅度也随着比值
的增大而逐渐减少。[18][19]通过对丁达尔效应、瑞利散射和米氏散射理论的比较，可以解释天空之所以是蓝色的，白昼为什么是亮的等现象。大气对蓝光的散射远强于对红光的散射，所以天空看上去是蓝色的。而清晨日出或傍晚日落时，太阳光几乎平行于地面照射，阳光需要穿过厚厚的大气层才能到达人眼。波长较短的蓝光都被散射掉，只有波长较长的红光才能到达观察者的眼睛，所以清晨或者傍晚，天空边缘呈现红色。[19]
米氏散射相关现象
蓝色天空
蓝色天空与蜻蜓
晚霞渲染白云
晚霞与蒲公英
应用
教学实验
由于溶胶粒子阻挡光线产生的散射现象，出现丁达尔效，而溶液对入射光没有散射作用，没有丁达尔效应；粗分散系统对光只有反射作用，也没有散射作用，没有丁达尔效应；只有溶胶对光产生散射作用。因此，丁达尔效应应常用于教学实验探究，鉴别溶胶。[9]
丁达尔现象鉴别胶体
此外，丁达尔效应可以结合生活中常见的物质进行创新实验。例如利用水晶泥（海洋宝宝）吸水后变成胶体的性质，将水晶泥加入自来水，吸水后使用激光笔照射，就可以观察到丁达尔效应，从而通过实验提升教学趣味性和学生对丁达尔效应的理解。[3]
光束通过浸泡后 “水晶泥”的现象
舞台设计
丁达尔现象在生活中最普遍的应用是舞台的灯光设计和照片拍摄。通过灯光的设计，一些不能通过语言或肢体表演表达的情绪，可以用多彩变幻的光束来表现。当观众的目光随着舞台光束的引导移动时，也会很自然地沉浸在舞台剧之中。[14]
舞台上得灯光丁达尔效应
桥上的灯光丁达尔效应
解释溶胶的颜色变化
溶液的颜色取决于溶质对可见光的吸收波长。如果溶液对可见光没有吸收，溶液是无色的。如果溶液吸收特定波长的光，其颜色呈现其补色。[5]
溶胶有丁达尔效应，体系的颜色除了考虑粒子对光的选择吸收外还得考虑散射作用如果粒子对可见光的各部分吸收都很弱，则呈现散射光的颜色，并与观测方向有关，即侧面看呈淡蓝色，对着光源看呈淡橙色。如果粒子选择吸收某种特定波长的光，则溶胶呈现其补色。例如红色的金溶胶是因为金胶粒对500~600nm的绿光有较强吸收，因而透过光星现其补色一一红色，而微弱的散射光则掩盖，此时溶胶颜色鲜亮并与观测方向无关。但金溶胶放置一段时间后，颜色逐渐由红变蓝。这是因为放置后粒子变大，散射增强且散射光波长向长波方向移动，透过光趋向波长较短的蓝光，所以溶胶颜色变蓝。[5]
大分子质均平均摩尔质量的测定
大分子溶液的光散射是由于体系分子热运动引起的不均一性导致。其散射光强度与溶剂的密度涨落、大分子的浓度涨落以及散射光之间的干涉等多种因素有关。[5]根据涨落理论，可以导出大分子稀溶液的散射公式
式中
称为瑞利比，代表散射光对入射光的相对强度，是光散射实验中的重要参数，
称为光学常数，
是入射光在真空中的波长，
为溶液浓度，
为分子量，
为溶液折射率随浓度的变化率，
介质折射率，
为阿伏伽德罗常数。[5]结合大分子渗透压公式，非理想溶液可以推导出
上式是光散射方法测定大分子分子质量的基本公式。测定散射光强时通常固定测量部位在
处，测定不同浓度的
，以
对
作图由直线截距可求得
。[5]
测量溶胶粒径
普通光学显微镜的分辨率为200nm，无法观测小于100nm的胶体。1~100nm的胶体用普通显微镜观测是透明的。在电子显微镜发明以前，主要利用超显微镜来间接测定胶粒的平均大小并推断胶粒的形状。[5]
超显微镜又称暗视野显微镜，通过普通显微镜观测粒子的Tyndall散射光能观察到0.005～0.2微米的微粒。超显微镜与普通显微镜的区别是，背景为暗场，光源从侧面照射到胶体。如果是没有胶粒的均匀介质，视野一片黑暗若有胶粒存在，则在黑暗背景中有闪烁光点，这个光亮点就是胶粒的散射光图像。超显微镜观测到的不是胶粒本身而是其散射光。但是可以根据光亮点的强弱判定粒子大小，由闪烁情况推断粒子的对称性。粒子对称性越差越闪烁。溶胶粒子大小通过对发光点的计数，再结合一定粒子数的体积或重量来计算得到。[5]
工程建设
在工程建设过程中有基于丁达尔效应对隧道洞口的车辆安全无障碍技术进行研究，利用光烟雾机制，根据丁达尔效应原理采用纳米级烟雾在隧道前方的迎车面上形成薄雾状的胶体介质，再用一定形式展开的红色激光束穿过该介质，形成远距离可见的禁行光束，结合光的色散机制达到在浅红色薄雾胶体介质区域的高亮度红色禁行标志，用以提醒司机禁行，可实现远距离提醒驾驶员应急信息的作用，警醒性强，并且无实物阻拦，安全性提升。[4]
基于丁达尔效应的无障碍车辆阻拦效果
类似现象
在生活中人们可以看到很多丁达尔效应或类似丁达尔效应的现象，如乳白色玻璃中的丁达尔效应、来自天文台的激光路径、罗马万神殿圆顶顶部的眼孔产生的丁达尔效应、悬浮在水中的面粉看起来是蓝色的、以及暗室现象，树林现象等等。[15][13]
生活中的丁达尔效应
罗马万神殿圆顶顶部的眼孔产生的丁达尔效应
天文台的激光路径
窗前的丁达尔效应
天空丁达尔效应
展开
暗室现象
是指当日光从窗隙射入暗室，可以观察到光束的现象。类似场景也可以在电影院放映室电影播放时看到。[15]
暗室现象
树林现象
树林现象一般指清晨森林中雾气未消散时，阳光透过树林缝隙形成一束束光柱散射在林间的现象。这种现象一般也会出现在清晨、日落时分或者雨后云层较多的时候。[13]
清晨树林中得丁达尔效应
森林雾气中的丁达尔效应