神奇的“咖啡环”

    在日常生活中，你是否注意到这样一个现象：如果不将滴落到桌面上的咖啡及时擦去，等它干燥之后，桌面上形成的污渍就是一个外围深色、内部浅色的环。这一现象被称为咖啡环效应。

    从某种意义上来说，咖啡和茶这类的冲泡饮品，都可以被归为溶液（严格来说是溶液和悬浊液的混合物）。

    咖啡的深褐色来自咖啡豆经过烘焙、萃取后的炭黑色物质，在咖啡被冲泡之后，这些物质就变成了悬浮在液体中的若干个小颗粒。我们不小心滴到衣服上或者桌面上的咖啡渍的颜色就是由小颗粒造成的。

    咖啡环效应虽然以咖啡命名，但是从广义上来说，应该是溶液在固体表面蒸发时发生的一种科学现象。以咖啡圆环为代表的、可观察到的有色圆环的形成过程也是较为直观的：当溶液滴落在桌面或是纸张上时，液滴蒸发并不会形成等比例渐渐缩小的圆圈，而是形成外侧溶质颗粒多、内侧溶质颗粒少的圆环形状。

    这是因为液滴中的水在蒸发时，桌面与液体之间的固液界面和液体与空气表面的气液界面的相互作用，导致处在液滴不同位置的水的蒸发速率不一致，进而促使了咖啡环的形成。

    在桌面或纸面与液滴之间的交界处，水的蒸发速率要比在液滴与空气之间的交界处的蒸发速率快。如此一来，液滴中间的水分子就会携带溶质和颗粒来到液滴与桌面或纸面的边缘进行补充。最终，在水蒸发掉之后，溶质小颗粒们不断在边缘积累，就慢慢变成了我们所看到的环。

    咖啡环效应不仅是生活中一个有意思的小现象，它的出现实际上也给人们日常的生产、生活带来了一些困扰和麻烦，比如打印机喷墨不均匀就是由咖啡环效应造成的。

    后来，科学家发现，不同的颗粒形状能够改变空气和液体交界面上的薄膜的性质，从而影响这些物质的蒸发过程。在同等条件下，椭圆形的颗粒会改变空气和液体的交界面。这一研究发现，直接揭露了颗粒形状对蒸发的作用，进而有效地指导人们改进印刷、绘画的方法。

    此外，在诊断学上，科学家将咖啡环效应与生物传感技术结合，用于检测唾液、血液等体液中的生物标志物。美国范德比尔特大学的研究人员就在此研究基础上创造出了一种快速检测疟疾的生物学方法。不仅如此，咖啡环效应还让人们关注到可以按照颗粒尺寸的不同，分离同一种溶液中的多种溶质。

    （《医药养生保健报》11.23）