Малоугловое (SAXS — Small-Angle X-ray Scattering) и широкоугловое (WAXS — Wide-Angle X-ray Scattering) рентгеновское рассеяние — это мощные неразрушающие методы, позволяющие изучать структуру материалов на масштабах от 0,1–1 нм до нескольких микрон при использовании USAXS.
SAXS исследует рассеяние под малыми углами (обычно 0–5–10°), что соответствует размерам структур 1–100(–300) нм. WAXS фиксирует рассеяние под большими углами (>5–10°), предоставляя информацию об атомной и молекулярной упорядоченности (расстояния 0,1–5 нм).
Современные лабораторные системы часто объединяют оба метода в одном приборе (SAXS/WAXS), что позволяет за один эксперимент получать полную картину — от формы и размера нанообъектов до кристаллической структуры.
Какие величины измеряют приборы SAXS/WAXS
Современные системы анализа наноструктур измеряют целый ряд ключевых характеристик:
- Размер наночастиц и их распределение (радиус гидродинамический Rg, диаметр, полидисперсность)
- Форма частиц (сферическая, цилиндрическая, пластинчатая, стержневая, ламеллярная)
- Поверхность и объемное соотношение (specific surface area)
- Пористость и размер пор
- Радиус гироскопии (Rg) — важнейший параметр для макромолекул и частиц
- Степень кристалличности (crystallinity degree) и фазовый состав
- Размер кристаллитов (crystallite size)
- Ориентация и текстура кристаллитов (особенно в полимерах и тонких пленках)
- Межплоскостные расстояния и параметры элементарной ячейки (WAXS)
- Агрегация и самоорганизация структур (мицеллы, липосомы, фибриллы, ламеллы)
- Изменения структуры в реальном времени (in situ / operando): нагрев, охлаждение, растяжение, химические реакции
Все параметры получают из зависимости интенсивности рассеяния I(q) от модуля вектора рассеяния q = 4π sin(θ)/λ.
В каких стандартах и областях применяются SAXS/WAXS
Методы SAXS и WAXS признаны стандартными в международных нормах и широко используются в промышленности и науке:
- ISO и ASTM — стандарты на определение размера наночастиц (ISO/TS 21363, ASTM E2834 для SAXS)
- Фармацевтика — характеристика липосом, наноэмульсий, белков, антител (Bio-SAXS), контроль стабильности препаратов
- Полимеры и композиты — степень кристалличности, дисперсия наполнителей, ориентация цепей, анализ нанокомпозитов
- Наноматериалы — размер и форма наночастиц (Au, Ag, TiO₂, SiO₂), пористость аэрогелей, MOF, углеродных материалов
- Биотехнологии — структура белков, ДНК-комплексов, вирусов, фибрилл в растворе
- Батареи и энергетика — operando-анализ электродов Li-S, Li-ion, твердотельных батарей
- Пищевая промышленность — структура эмульсий, гелей, белковых агрегатов
- Контроль качества — быстрая проверка партий наночастиц, стабильность суспензий
Методы особенно ценны благодаря возможности работать с образцами в реальных условиях (растворы, гели, порошки, пленки, волокна) без сложной подготовки.
Почему стоит купить систему SAXS/WAXS именно у нас
Мы предлагаем современные лабораторные системы SAXS/WAXS, сочетающие:
- Высокий поток фотонов и низкий фон
- Возможность одновременного SAXS + WAXS (иногда + GISAXS/USAXS)
- Автоматическую смену конфигураций (Slidemaster, виртуальный детектор)
- Широкий диапазон q (0,003–5,5 Å⁻¹ и более)
- Поддержку in situ экспериментов (температура, растяжение, химические реакции)
- Простое ПО для анализа (модель-независимый и модельный фиттинг)
Такие приборы позволяют получать данные качества синхротрона прямо в лаборатории — без ожидания очереди на большом источнике.