Угол рассеивания света: Интересное о LED » Углы рассеивания светодиодных светильников

Интересное о LED » Углы рассеивания светодиодных светильников

Угол рассеивания светодиодных светильников – классификация и примеры

При создании подсветки учитывают угол рассеивания светодиодных светильников. Эта характеристика определяет, насколько хорошо источник света будет решать свои задачи в той или иной зоне освещения. Расскажем об этом подробнее.

Что такое угол рассеивания света, и какой он бывает?

Под углом рассеивания света понимают угол, в пределах которого лучи света расходятся от лампы. Поэтому его также называют углом расходимости и углом обзора.

Грубо углы рассеивания света можно разделить на три группы:

1. Узкий угол обзора – 30-45°. Это концентрированный узкий луч света, освещающий небольшую зону;
2. Средний угол – 60-90°. Более широкая расходимость луча света, подходящая для локальной зоны, если светильник единичный, или для общей подсветки, если светильники устанавливаются группой;
3. Широкий угол расходимости – 120-180°. Такие лампы используются для создания общего света.

Возможность выбора подсветки с нужным углом рассеивания – безусловный плюс светодиодных ламп, в отличие от тех же ламп накаливания, дающих свет с углом расходимости в 360°. Чтобы получить нужный угол рассеивания, производители LED-ламп используют разные типы колб, отражатели, фокусирующие или рассеивающие линзы, а также располагают особым образом светодиоды внутри источника света.

Например, лампа будет давать узконаправленное освещение, если светодиоды в ней расположены на одной плоскости, или рассеянное – при многоуровневом расположении светодиодов.

Угол света светильника – конкретные примеры

Разберем, как выбирать светильник с определенным углом света для разной подсветки на примере светильников LeDron.

• Узконаправленное освещение. Такая подсветка используется, чтобы ярко осветить выбранную функциональную зону – например, место для приготовления пищи на кухне, полки с одеждой в гардеробной комнате, рабочий стол. Пример – накладной светодиодный светильник LeDron CSU0809 BLACK. Угол света светильника составляет 32°;
• Промежуточная подсветка. Приборы с этим показателем могут как подсвечивать определенную зону – обеденную, прикроватные тумбы, зону возле зеркала в прихожей, так и использоваться, как часть общей системы света. Удачный пример такой модели – встраиваемый поворотный светильник LeDron LB13 White с углом рассеивания в 60° и поворотной опцией;
• Общий свет. Для равномерного освещения интерьера подойдет накладной светодиодный светильник SDL06-R80-4200K. Он имеет угол обзора в 120° и может хорошо осветить небольшое помещение – в том числе и ванную комнату, за счет класса защиты от пыли и влаги IP

Выбрать светильник с нужным углом света на нашем сайте вы можете самостоятельно или с помощью специалистов LeDron. Обращайтесь за консультацией!

Угол рассеивания в светильнике

Разнообразие задач освещения различных объектов напрямую связано с разнообразием такой характеристики светодиодного источника света, как угол рассеивания.

Светильники с разными углами позволяют создавать комплексные системы освещения с одновременным решением нескольких задач.

---

Определение угла рассеивания

ГОСТ 17677—82 (Светильники. Общие технические условия) формулирует угол рассеивания светильника, как ряд кривых силы света или диаграммы его углового распределения. Для простоты понимания угол рассеивания можно сформулировать как угол, в пределах которого расходится световой поток от его источника.

Классификация диаграмм распределения

В целях стандартизации светильников и простоты определения его световых характеристик тем же ГОСТом ведены 7 типовых диаграмм распределения светового потока:

• концентрированная кривая определяет угол раскрытия светового потока в 30° и обозначается буквой К;

• глубокая кривая — угол рассеивания 60° и обозначается как Г;

• косинусная кривая распределения силы света 120° имеет название Д;

• полуширокая диаграмма с углом в 140° использует букву Л;

• у широкой диаграммы световой поток растягивается до 160° и обозначается как Ш;

• равномерная кривая в 180° носит название М;

• угол 90° и букву С в названии имеет синусная диаграмма направленности.

При маркировке светильников производители могут использовать, как угловое распределение света в градусах, так и буквенные коды диаграммы направленности.

Угол рассеивания и конструкция источника света

К формированию диаграммы рассеивания светильника относятся несколько конструктивных особенностей источника света:

• количество и расположение светодиодов;

• тип колбы источника света;

• применение отражателей разной формы;

• фокусирующая линза или рассеиватель света.

Чередование разных конструкторских решений в одной модели светильника позволяют получать разные диаграммы направленности и кривые рассеивания.

Диаграмма направленности на практике

При проектировании систем освещения разного направления и уровня сложности, угол рассеивания выступает одним из определяющих факторов создания зон освещения:

• светильник с узкой диаграммой направленности (К и Г) используют для создания локальных зон освещения и подсветки конкретных объектов;

• широкое угловое распределение (Л, Ш, М) используют для формирования равномерного осветительного фона помещений;

• чередование источников света с разными кривыми распределения света позволяет создавать сложные световые решения с одновременным достижением разных поставленных целей;

• используя разную высоту подвеса светильников одинаковой мощности, можно решать одну и ту же задачу освещения светильниками с разными кривыми силы света;

• часто светильники одной серии выпускают с разными диаграммами направленности, что позволяет создавать сложную систему освещения, не выходя за рамки серии.

Широкий выбор светодиодных светильников разного назначения и накопленный опыт проектирования систем освещения дают возможность специалистам компании Коэнко предлагать своим клиентам наиболее оптимальные решения стоящих перед ними задач.

Как выбрать нужный угол рассеивания

Представьте, вы переступаете порог торгового центра, заходите в магазин, смотрите на вешалки с вещами, и все такое красивое! Потом вы покупаете вещь, которая вам очень понравилась на витрине, одеваете ее, выходите на улицу, а вещь-то не так смотрится, как в магазине. Почему так происходит? На самом деле ответить несложно. Причины две, и обеими активно пользуются маркетологи, которые постоянно нам с вами пытаются что-то продать. Первую причину мы с вами подробно рассматривали в статье про индекс цветопередачи, вам ведь нравятся естественные цвета? И причина вторая, и основная, о которой пойдет сегодня речь, это угол рассеивания, и как с его помощью сделать свою жизнь прекраснее.

Что же такое этот самый угол рассеивания и как же он поможет нам? Все просто. Если объяснять без непонятной теории, то это угол, под которым свет расходится от источника, его излучающего. И, как следствие, получается, что некоторые лампы, при одинаковой мощности, освещают всю комнату, а другие светят в определенную точку. На упаковке каждой лампы есть маркировка, указывающая на угол рассеивания.

Давайте разберемся, какие бывают углы рассеивания и в какой ситуации применяются. Стоит отметить, что равномерное рассеивание света в помещении — залог комфорта или успешного рабочего дня. Вам же некомфортно сидеть в офисе, в котором у кого-то из коллег на столе светло, а у кого-то полумрак? Или неприятно, когда дома одна половина комнаты освещена лучше другой? Именно знания касательно угла рассеивания и их грамотное применение помогут вам грамотно выстроить освещение и дома, и на работе, и на даче.

Самый большой угол рассеивания у лампы накаливания, так как она почти вся прозрачная и свет равномерно расходится во все стороны. Также большой угол рассеивания заведомо имеют энергосберегающие лампы.

Правда, есть исключения. И в первом и во втором случае, это лампы типа рефлектор (зеркальные лампы), они обычно имеют более направленное свечение. А вот светодиодные, металлогалогенные, галогенные обычно имеют на коробке маркировки.

Чаще всего этот показатель варьируется от 15 до 180 градусов. Лампу с углом рассеивания 180 градусов можно вкрутить дома в люстру, и она будет светить на всю комнату. В принципе с большим углом рассеивания все предельно ясно. Гораздо более темный лес в лампах с меньшим углом. И тут необходимо рассказать про устройства, в которых используются эти источники света – о спотах и точечных светильниках, трековых светильниках и интерьерной подсветке.

Споты — это светильники, как правило, направленного света. Таковыми же являются и трековые светильники. Разница в том, что споты обычно используются в бытовых условиях, для того, чтобы акцентировать свет на какой-нибудь картине или ином объекте. Они рассчитаны на маломощные лампы. Трековые же светильники, как правило, рассчитаны на более мощные лампы и их обычно применяют в торговом освещении. Представляете, стоите вы посреди магазина, а перед вами манекен в рубашке, которую вы давно хотели? А он еще и весь в лучах освещения, правда, хочется купить? Споты имеют больший угол рассеивания, нежели трековые светильники. Ко всему прочему, трековые светильники, при домашнем использовании, будут смотреться красиво только в интерьере «лофт», для них нужны специальные громоздкие крепления, и они не экономны.

Перейдем к точечным светильникам. Такие светильники используются в натяжных и гипсокартонных потолках. У кого-то из вас наверняка есть подсветка кухни или зеркала в ванной комнате, там как раз встроены точечные светильники. Они также обычно имеют небольшой угол рассеивания. В такие светильники ставятся совершенно разные лампы от обычных ламп накаливания до капсульных галогенных и светодиодных ламп. Точечные светильники бывают всевозможных форм, от простого стального круга и заканчивая хрустальным изделием с дополнительной светодиодной подсветкой.

Итак, теперь мы с вами имеем понимание видов основных светильники и их угол рассеивания, и на основании этой информации можем делать выводы. Чтобы достичь идеального освещения в помещении, нам понадобятся светильники, как с большим углом рассеивания, так и направленного света.

Предположим, что мы освещаем спальню. Нам с вами понадобится люстра, которая будет светить в центре комнаты и заливать ее светом. Также нам понадобится пара направленных прикроватных светильников. Вы сможете читать книжку, направив в нее свет, а если кто-то спит рядом с вами, он, вероятно, продолжит спать. А еще представим, что у вас в комнате есть пара картин, и их подсветить можно спотовыми светильниками. И предположим, над вами на потолке сложная конструкция из гипсокартона. В нее ставим точечные светильники и светодиодную ленту таким образом, чтобы вам нравилось.

Если вы хотите более подробного рассказа о каких-нибудь определенных светильниках, или подробного освещения какой-нибудь темы, пишите в комментариях. И помните, светильников и ламп много, угол рассеивания бывает разный, а творец вы, и только вам решать, какое освещение будет в вашей квартире.

угол рассеивания и другие характеристики

Светодиодная лампочка – это чудо-изобретение. Ведь до ее появления при превращении электричества в свет получалось промежуточное физическое явление. Электрический ток течет по проводам, побочный эффект этого – выработка тепла: проводник нагревается, и на это уходит часть энергии тока.

Природа светодиодного свечения

Не сразу люди догадались это тепло использовать для обогрева помещений и для освещения. В последнем случае необходимо так сильно разогреть проволоку, чтобы она сама начала светиться. И не красным цветом раскаленной в печи стали, а ярко до ослепительности. Получается, свет в данном случае лишь второй продукт после тепла. Ток вырабатывает тепло, а тепло разогревает металл, заставляя его светиться.

Лампа накаливания

Такая двухшаговая схема использования электроэнергии – явление обычное. Что при использовании электричества, что при его выработке. Потому что механическая энергия воды, например, не сразу дает ток, а сначала вращает турбину, прикрепленную к ротору генератора, ротор со статором вместе вырабатывают переменное магнитное поле, а уж поле формирует электрический ток в проводниках. Аналогично и с тепловой генерацией.

Полупроводники дали возможность сразу, без посредников превращать одни виды энергии в другие. Соответственно, при этом сразу увеличился КПД, что способствовало эффективности и экономичности. В солнечных батареях солнечная энергия прямо переходит в электрическую. А электрическая так же просто излучается в виде света. При этом механика процесса несложна – простая пластинка полупроводника с определенными свойствами. Вот это и есть та самая революция XXI века, которую уже давно предрекали, и возможности которой еще не полностью изучены.

Нас интересует полупроводник – излучатель света, выполненный в виде диода, светодиод.

Интересны его свойства. У него много плюсов. Но и минусы уже нашлись. А может, его минусы – это просто не совсем понятые и нереализованные плюсы?

Свет полупроводник излучает безынерционно. Приложить можно постоянное напряжение, а можно – переменное. Причем в широком диапазоне напряжений. И он начнет светиться, причем так, как к нему приложили напряжение. Постоянное – будет свет постоянный, переменное – начнет мигать. Это считается недостатком светодиодных ламп. Но это не их недостаток, а недостаток напряжения, которое на него подают. Подавайте сглаженное, стабилизированное, или вообще постоянное, они и будут светить непрерывно и мягко.

Угол рассеяния света

Абсолютно такая же картина с углом рассеяния света. Светодиод выпускается в виде маленьких прямоугольных пластинок, и светит у него одна из граней. Ну и свет от нее будет, соответственно, как от плоской светящейся пластинки, или светящегося окошка. То есть рассеяние у него обычное для некогерентного света.

Большая часть света идет перпендикулярно, а вокруг оси направленности (перпендикуляра к поверхности) его поток убывает обратно пропорционально тангенсу угла отклонения. В общем, диаграмма направленности элементарного светодиода примерно такая же, как и диаграмма плоского светильника из тех же светодиодов. Получается, он светит вперед конусом с размытой границей. Примерный угол конуса света – около 120°.

Сейчас выпускают светодиодные лампы по форме точь-в-точь как лампы накаливания: с резьбой Эдисона, стеклянным баллоном и даже имитацией спирали внутри баллона. Причем спираль выполнена из проволочки, покрытой полупроводником, и эта проволочка излучает свет.

И какой у нее угол рассеяния? Проволочка – это цилиндр, значит, направление рассеяния по двум координатам будет 360 градусов, но проволочку изогнули и втиснули, и стала она светить точно так же, как спираль в лампе накаливания. Такая модель явно шаг назад относительно прогресса, поэтому, думается, она вряд ли проживет достаточно долго. Ровно до тех времен, когда «лампочка Ильича» уже не будет вызывать ни у кого ностальгию.

Диаграмма направленности светодиодной лампы

Диаграммы направленности различных ламп

Вот диаграммы направленности разных выпускаемых сейчас светодиодных ламп:

1. матовое полушарие с цоколем E27. Светит так же, как плоская лампа;
   
2. E27, но диаграмма значительно шире. Примерно как у обычных таких же по форме лампочек накаливания;
   
3. то же, но E14 – «толстенькая» свеча;
   
4. E14 – матовая свеча;
5. «кукуруза» Е27 и Е14;
   
6. GU10;
   
7. MR16;
   
8. E14 – свеча с тремя лепестками;
   
9. E14 и E27 с конусной линзой.

   E14 и E27 с конусной линзой

По диаграммам направленности можно видеть, как поведет себя лампа в разных видах подключений. Там, где сверху на диаграмме завал, понятно, что если лампу поставить в люстру баллоном вверх, потолок останется неосвещенным. Некоторые из таких ламп хороши в люстрах, некоторые – в настольных светильниках.

Человеческая фантазия неисчерпаема. Впереди еще множество экспериментов с диодными шнурами, лентами, матрицами, подсветками разной степени скрытности источника. Пока какой-то элемент не будет окончательно унифицирован в качестве общего для всех систем, легко подключаемого модуля. Вот тогда и можно будет «строить свет» таким, каким хочется.

Об угле рассеивания трековых светильников

В процессе проектирования и построения системы освещения необходимо учитывать технические характеристики выбранных устройств. Особое внимание стоит обратить на такие параметры как индекс цветовой передачи, мощность, температуру свечения и угол рассеивания. Каждый из них способен обеспечить выполнение конкретных задач, организацию необходимой световой сцены. Конечный выбор рекомендуется осуществлять на основе специфики освещаемого пространства, его площади, объема, геометрии, назначении.

Что такое угол рассеивания светильника светодиодного?

Указанная характеристика позволяет реализовывать правильное освещение. Если опираться на ГОСТ_17677-82, не сложно понять, что каждый светильник обеспечивает формирование определенного угла рассеивания светового потока. Фактически речь о некотором диапазоне, участке в пространстве, пределах которого может распространяться световой поток. Данная характеристика имеет серьезное значение при подборе осветительного оборудования, его настройки, простановки требуемых акцентов в интерьере квартиры, дома, магазина, офисного и любого другого помещения.

Светильник освещения и диаграммы распределения света

С учетом вышеуказанного ГОСТа отдельно выделяются 7 типовых диаграмм, которые характеризуют распределение светового потока. Они помогают стандартизировать устройства, а также упорядочить их по характеристикам. Поэтому рекомендуем обратить внимание на следующее:

• Глубокую кривую, с углом рассеивания 60 градусов, обозначением «Г»;
• Концентрированную кривую, определяющую величину угла раскрытия потока света в 30 градусов, обозначением «К»;
• Полуширокую диаграмму, с углом 140 градусов, обозначением литерой «Л»;
• Косинусную кривую распределения светового потока в 120 градусов, обозначением «Д»;
• Равномерную кривую в 180 градусов, обозначением «М»;
• Широкую диаграмму, с углом не более 160 градусов, обозначением литерой «Ш»;
• Вариант с прямым углом, буквенным обозначением «С» (диаграмма направленности).

 

На соответствующие характеристики рекомендуем обращать внимание при выборе светильника в стиле лофт. Необходимая информация обычно наносится на упаковку. Это может быть буквенный код, либо угловое распределение в градусах.

Нюансы конструкции led светильников

Вместе с диаграммой рассеивания светового потока, необходимо не забывать и о конструкции самого устройств освещения. Она влияет на эффективность, технические и эксплуатационные характеристики выбранного оборудования. Среди прочих особенностей стоит отметить:

• Тип используемой колбы;
• Вид светодиодов, их количество, порядок расположения;
• Наличие рассеивателя, фокусирующей линзы и других фильтров;
• Применение отражателя, его вид, конструкция, форма.

Использование некоторого набора конструкторских решений в пределах одного устройства освещения делает возможным получение разных вариантов диаграмм направленностей и кривых рассеивания. Поэтому, прежде чем купить светильник, не лишним будет ознакомиться с его исполнением, нюансами и имеющимися возможностями. В случае наличия любых вопросов не лишним будет обратиться за помощью к квалифицированным специалистам.

Дизайнерский светильник и диаграммы направленности

Визуальная привлекательность, эстетическая красота должна сочетаться с функциональностью, надежностью и эффективностью работы устройства освещения. Поэтому, при проектировании соответствующих систем необходимо учитывать угол рассеивания выбранного оборудования. Ниже приведем области, где могут использоваться разные варианты светильников:

• Изделия, имеющие диаграмму направленности «Г» и «К» не заменимы при выполнении зонирования пространства, создания локальной подсветки, выделения определенных объектов;
• Модели с угловым распределением «М», «Ш» и «Л» обычно применяются для фоновой заливки помещения, обеспечения необходимого антуража;
• Применение светильников потолочных с различными кривыми распределения обеспечивают отличную возможность для реализации сложных, нестандартных световых решений, с эффективным достижением поставленной задачи;
• Изменение высоты подвеса устройств с одинаковой мощностью позволяет добиваться требуемого результата даже в условиях моделей, имеющих разные кривые силы света;
• Использование светильников одной серии, обладающих разной диаграммой направленности, помогают сформировать световые конфигурации сложных систем в пределах одной серии.

Значительный опыт работы, постоянное повышение квалификации, прохождение тренингов и ряд других моментов позволяют нам предложить покупателям разные варианты светодиодных светильников. Каждая, грамотно подобранная, представленная в продаже модель сумеет обеспечить достижение ожидаемого результата. Поможем в поиске, монтаже осветительных систем. Предоставим подробную консультацию каждому нашему покупателю.

Рекомендуем посмотреть:

Важность угла рассеивания трековых светильников

Угол рассеивания светодиодных ламп (угол обзора или расходимости) – это тот угол, под которым световой поток расходится от самого источника света. Угол рассеивания – это характеристика показывающая, как свет будет распространяется от самого источника света до поверхности. Угол рассеивания трековых светильников измеряется в градусах и может быть  в диапазоне от 5° до 270°. Трековые светильники с узким углом дают свет, который будет сконцентрирован на небольшом участке помещения, свет от светильников с  широким углом рассеивания будет менее интенсивным, но будет покрывать большую площадь поверхности — поток света будет cильнее расходиться в разные стороны.

Правильный угол способен дать вашему пространству не только хорошую видимость, но и задать необходимую атмосферу. Однако, есть вещи, которые стоит принять во внимание при выборе трековых светильников.

Как выбрать угол освещения трековых светильников 

Прежде всего вам необходимо решить, какую атмосферу вы хотите создать в помещении. В основном, это зависит от того, для чего будет использоваться пространство. В зависимости от типа помещения можно определить основную задачу трекового освещения
Акцентное освещение — этот тип трекового освещения позволяет выделить  определенные  зоны или объект, для акцентного освещения применимы светильники с узкими углами рассеивания как правило от 24 до 36 градусов или же светильники с регулируемым углом рассеивания.
Общее освещение — предполагает равномерное заполнение пространства светом без ярко выраженных акцентов. В этом случае требуются трековые светильники рассеянного освещения и в зависимости от высоты расположения  с этими задачами справляются модели с углами от 36 до 270 градусов.
Комбинированное трековое освещение —

подразумевает одновременное использование акцентных трековых светильников и рассеянных. Если вы хотите, чтобы определенные участки были ярче или тусклее, чем другие, вам необходимо будет правильно составить расположение шинопровода трековой системы освещения.

Угол рассеивания трековых светильников для квартиры Как выбрать светодиодный трековый светильник с правильным углом рассеивания для своего дома?
Большинство светодиодных светильников доступны с различными углами рассеивания. В диапазоне от очень узкого (15 градусов) до более широкого (270 градусов). Для трекового потолочного светильника в зависимости от желаемого эффекта выбираем узкий или широкий угол рассеивания.
Если вам нужно мягкое равномерное освещение, например, в гостиной, то подойдёт широкий угол, который даёт рассеянный общий свет. Он подходит для равномерного освещения большого пространства.
Однако, если вы ищете точечные трековые  светильники для кухни, предпочтительнее использовать более узкий луч (около 24°), потому что он даст вам отличный концентрированный свет. Он идеально подходит для акцентного освещения в случае, когда вам нужно осветить определённый предмет интерьера, а не область, и сосредоточиться на более мелких деталях.
Знание того, как правильно использовать угол луча, может значительно улучшить световое оформление в комнате.
 Итак, с углами рассеивания разобрались, теперь возникает вопрос: где лучше всего использовать источники света с разными углами луча?
Например, представим зону отдыха. Здесь освещение не должно быть слишком ярким, так как само пространство предполагает отдых, чтение, просмотр телевизора. Поэтому идеально подойдут светильники с более широких углом рассеивания без интенсивного свечения.
Для таких зон как кабинет или библиотека, где чаще всего требует акцентное освещения подойдут светильники с узким углом рассеивания.
Для других комнат в доме или офисе обычно подходят светильники с углом луча от 35 до 45 градусов, но это также будет зависеть от расстояния между источниками света и его применения.
Выбираете ли вы между малым или большим углом луча? Это действительно зависит от личных предпочтений и того, как вы хотите, чтобы ваш свет был сфокусирован. Однако вы можете воспользоваться приведенными выше рекомендациями.

Обновлено 30.03.2021.

При полном или частичном копировании материала, ссылка на источник обязательна, global-l.ru специализированный центр трековых систем освещения.

Критерии выбора светодиодных ламп на 220В: обзор параметров

Лампы накаливания уходят в прошлое. Причиной этого стал низкий КПД и недолговечность по сравнению с современными источниками освещения. Сейчас на пике популярности – светодиодные лампы 220В, которые обладают множеством преимуществ. В огромном ассортименте LED-приборов сложно разобраться без подготовки. Согласны?

Мы расскажем о том, как подобрать диодные лампочки для оптимизации домашней сети освещения. В предложенной нами статье детально описаны разновидности и характеристики светодиодных приборов. Дана расшифровка маркировки, приведены рекомендации, помогающие найти необходимый вариант.

Содержание статьи:

Особенности устройства LED ламп

Современные LED-лампы устроены сложнее, чем их предшественники с нитью накаливания. Для работы светодиодов необходим ряд электронных компонентов, которые расположены на печатной плате.

Все элементы конструкции компактно спрятаны внутри корпуса. Сами же источники света занимают минимальное количество места в светильнике.

Слабым местом недорогих LED-ламп являются конденсаторы, низкое качество которых приводит к пульсации света. Кроме того, они могут сгореть раньше самих светодиодов

Конструкция стандартной LED-лампы включает такие компоненты:

1. Рассеиватель света из пластика. Способствует равномерному распределению светового потока во всех направлениях вокруг лампы.
2. Печатная плата с конденсаторами, преобразователями напряжения и другими электронными компонентами.
3. Светодиоды. Их количество и рабочее напряжение находится в строгом соответствии со встроенной электронной схемой.
4. Алюминиевый радиатор, предназначенный для отвода тепла в мощных лампах.
5. Вентиляционные щели, обеспечивающие пассивное охлаждение платы и светодиодов.
6. Цоколь, с помощью которого лампа крепится в светильнике.

Таким образом, светодиодная лампа – это прибор со сложным внутренним устройством. Она требовательна к внешней температуре и параметрам электросети.

Виды светодиодных источников света

Все светодиоды можно разделить на две большие категории: индикаторные и осветительные. Первый вид используется в электротехнике для подсветки приборных панелей, дисплеев, сигнальной индикации, а также в прочих устройствах, не требующих большого светового потока.

А осветительные светодиоды применяются как раз в бытовых LED-лампах. Такие светильники можно классифицировать по назначению, внешнему строению и типу источников излучения.

По сфере использования

LED-лампы захватывают все больше технологических ниш. Они используются в бытовой электронике, промышленности и торговом оборудовании.

LED-прожекторы для уличного освещения изготавливаются преимущественно на основе одного крупного светодиода, поэтому регулировать их яркость не представляется возможным

Основными областями применения светодиодных ламп являются:

1. Уличное освещение.
2. Высокопроизводительные прожектора.
3. Освещение промышленных помещений и квартир.
4. Сельское хозяйство. Используются лампы со спектром излучения, способным инициировать фотосинтез.
5. Автомобильные фары.
6. Подсветка продукции в торговых витринах.
7. Освещение пространства во взрывоопасных средах.

Большое число сфер использования LED-освещения обусловлено различиями в характеристиках светодиодов и излучаемом ими спектре. Постоянно разрабатываются инновационные типы ламп, которые позволяют занять новые рыночные ниши.

По внешнему виду

Одна из причин распространенности LED-ламп – минимальный размер их полупроводниковых кристаллов. Благодаря этому светильники могут приобретать самую разнообразную форму.

Мощные светодиодные устройства не рекомендуется устанавливать в местах с ограниченной циркуляцией воздуха – это может вызвать перегрев светодиода

Основными конструкциями LED-ламп являются:

1. Классическое исполнение по типу лампы накаливания с цоколем. Такие светильники обычно содержат несколько разнонаправленных светодиодов.
2. «Кукуруза». Такая лампа имеет вид цилиндра, облепленного со всех сторон светодиодами.
3. Лентообразные LED-светильники, в которых отдельные кристаллы последовательно расположены на узкой тонкой подложке.
4. Прожекторы с одним крупным светящимся кристаллом.
5. Точечные потолочные светильники.
6. Плоские LED-панели круглой, прямоугольной или произвольной формы.

Маленький размер и непритязательность светодиодов к месту установки позволяет изготавливать на их основе дизайнерские светильники необычной формы. А низкий нагрев LED-ламп не препятствует их размещению вблизи гипсокартонных и пластиковых поверхностей.

По типу светодиодов

Осветительные светодиоды разделяются по своей физической структуре на несколько видов, каждый из которых имеет свои особенности и преобладающие сферы применения.

Изготавливаются LED-лампы трёх основных типов:

1. SMD (светодиоды для поверхностного монтажа).
2. COB (устройство на чипе).
3. Filament (светодиодная нить).

У светодиодов поверхностного монтажа низкая светимость, но их можно самостоятельно припаивать к любой поверхности, не боясь перегрева.

Поэтому они часто используются при изготовлении светодиодных лент и переносных фонарей. Угол излучения у SMD-светодиодов составляет 90-130 градусов, поэтому для освещения всего помещения вокруг лампы необходима радиальная схема размещения кристаллов на основании.

Мощность LED-лампы со светодиодными нитями зависит от количества стеклянных волокон, их длины и характеристик размещенных на них кристаллов

COB-светодиоды представляют собой кристаллы с высокой светимостью, размещенные на металлической подложке. Она предназначена для отвода тепла, образующегося в процессе работы.

Угол излучения устройств на чипе приближается к 180 градусам, поэтому они слабо подходят для узконаправленного освещения. COB применяют при производстве прожекторов и премиум-ламп.

Светодиодные нити представляют собой ряд миниатюрных кристаллов, последовательно размещенных на стеклянном волокне. Иногда вместо стекла используются другие прозрачные материалы. Такая структура позволяет сделать круговое освещение равномерным.

Основной проблемой мощных небольших светодиодов является перегрев, который уменьшает срок их эксплуатации и уровень светового потока.

Преимущества и недостатки светодиодов

Ещё недавно на вершине популярности были люминесцентные лампы, но за несколько лет они были вытеснены LED-светильниками.

Последние годы светодиодное освещение завоевало львиную рыночную долю благодаря множеству потребительских достоинств, среди которых можно выделить следующие:

1. Экономичность. Новые LED-светильники потребляют в 9-10 раз меньше электроэнергии, чем аналогичные по световому потоку лампы накаливания.
2. Долговечность. Срок беспрерывной службы хороших светодиодов исчисляется годами, хотя их светимость и несколько снижается со временем.
3. Высокий КПД, благодаря которому лампы практически не нагреваются.
4. Безопасность. При повреждении LED-лампы не образуется острых осколков и не выделяются вредные вещества. В излучаемом потоке отсутствует УФ излучение.
5. Возможность регулирования цветовой температуры.
6. Высокая прочность светодиодов.
7. Регулирование яркости свечения.
8. Работоспособность в широком диапазоне температур.
9. Широкий ассортимент. Возможность выпуска осветительных приборов произвольной формы.

Многочисленные плюсы светодиодных ламп способствуют массовому переходу потребителей на эти источники освещения.

Чтобы обеспечить себе преимущества LED-светильников в полной мере, следует покупать модели именитых брендов, которые гарантируют качество своей продукции

Однако LED-светильники имеют и свои минусы, о которых следует помнить при покупке:

1. Дороговизна. Стоимость дешевых LED-ламп в 4-5 раз выше ламп накаливания.
2. Использование матовых колб ухудшает визуальные эффекты хрустальных люстр.
3. Стремительное падение светимости при регулярном перегреве.
4. Световое мерцание у дешевых моделей, которое негативно сказывается на зрении и общем самочувствии.
5. Однонаправленность света, которая заставляет применять радиальное расположение светодиодов.
6. Электронные компоненты дешевых LED-ламп ломаются быстрее, чем перегорает кристалл, что сокращает реальный срок эксплуатации.
7. Некорректная работа при подключении к выключателю с индикатором.

Несмотря на недостатки светодиодных ламп, население продолжает их покупать. Реальная экономия достигается лишь за 3-4 года и только при условии работоспособности всех приобретенных светильников. Поэтому целесообразность их покупки ещё стоит оценить.

Выбор LED ламп по характеристикам

Работа светодиодных ламп с напряжением 220V характеризуется более чем десятью техническими параметрами. Информированность о них поможет купить светильники, которые будут максимально соответствовать потребностям в освещении и обеспечат длительную работу светодиодов.

Номинальный световой поток

Анализировать световой поток ламп можно как в номинальных единицах (люменах), так и в относительных (люмен/ватт). Чем больше мощность светодиода, тем ярче испускаемый пучок света.

Люминесцентные лампы чувствительны к частым включениям и выключениям, поэтому их использование в проходных комнатах быстро приводит к поломке

Однако важней соотношение светового потока к 1 Вт потреблённой энергии.

Оно отличается у разных производителей:

• у европейских, японских и фирменных китайских – 110-125Лм/Вт;
• у дешевых китайских – 60-80Лм/Вт;
• у крупнейших международных поставщиков с использованием технологии COB – 180-190Лм/Вт.

Покупать рекомендуется светодиодные лампы, тщательно изучив . Рекомендуем обращать внимание с наибольшим показателем светового потока на 1 Вт мощности. Они экономнее, долговечнее, а стоят не намного дороже.

Потребляемая максимальная мощность

От уровня потребляемой мощности LED-ламп напрямую зависит испускаемый ими световой поток. В рамках одного модельного ряда эта зависимость практически линейная.

Вследствие того, что сами светодиоды занимают минимум места в лампе, её мощность можно легко увеличивать без изменения формы корпуса лишь за счет роста числа кристаллов.

Но так как конечной целью покупки светильников является всё же достаточный уровень освещенности в помещении, то иногда лучше купить одно надежное дорогое LED-устройство, чем два дешевых. Их световой поток будет равен, а потребляемая мощность – различаться в два раза.

Уровень цветовой температуры

От уровня цветовой температуры LED-ламп зависит оттенок излучаемого ими света. Он может варьироваться от желтого до белого. Каждый цвет по-разному влияет на человека. Лампы с теплым желтым светом имеют температуру 2600-3200К и способствуют релаксации. Их рекомендуют покупать для дома.

В комнатах с желтыми стенами рекомендуется использовать LED-лампы с температурой около 4000К, чтобы белый свет подчеркивал элементы интерьера

Светильники с температурой 6000К имеют холодный белый цвет с голубым оттенком и повышают работоспособность. Их устанавливают в офисах, производственных помещениях, а также за рабочим столом.

Существуют и лампы, испускающие нейтрально белый свет. Их температура равна 3700-4200К, и они обеспечивают спектр излучения, максимально приближенный к дневному свету.

Вид цоколя лампы

При смене ламп накаливания на LED важно обращать внимание на . Наиболее распространены вкручивающиеся варианты E27 и E14, а также с 2 штырьками – GU5.3, GU10 и GU13. При покупке рекомендуется взять свои старые лампы в магазин, показать их продавцу, чтобы он подсказал подходящие светодиодные модели.

Приобретение лампы с неправильной формой цоколя требует возвращения в магазин, оформления возврата светильника и покупки подходящей модели

Производители LED-ламп позаботились и о собственниках старых люминесцентных трубок. Для них выпускаются , которые имеют те же самые размеры и разъемы. Их можно встроить в корпуса имеющихся светильников.

Диапазон рабочих температур

LED-лампы чувствительны к перегреванию, поэтому важно учитывать их рабочую температуру, написанную на упаковке.

На нагрев светильников оказывают влияние следующие факторы:

1. Наличие у светильника колпака.
2. Температура в помещении.
3. Расстояние от потолка до точечного светильника, закреплённого на гипсокартоне.
4. Наличие алюминиевого радиатора в самой лампе.
5. Кратковременные повышения температуры в комнате, например, в кухне при приготовлении пищи.

Для работы в условиях повышенной температуры продаются светодиодные лампы специальной конструкции. Именно их рекомендуется покупать при желании избежать негативного влияния перегрева на светодиод.

Пульсация светового потока

Свет хороших светодиодных ламп вообще не должен пульсировать, ведь мигания с частотой ниже 300Гц негативно сказываются на здоровье человека. Определить нестабильность светового потока можно несколькими способами.

Пульсация LED-ламп на экране телефона может отображаться в виде горизонтальных полос. Высокая же частота миганий матрицей фотокамеры не регистрируется

Первый метод визуальный: необходимо посмотреть на лампу прямо или боковым зрением. При втором способе на светильник наводится камера смартфона и определяется его мигание на экране.

Пульсация определяется преимущественно у дешевых моделей, оснащенных простейшим блоком управления. Дорогие лампы такого недостатка не имеют.

Степень защищенности корпуса

Максимально долго служат светодиодные лампы, которые работают в круглосуточном режиме. Поэтому наибольшей эффективности можно добиться от светильников, размещенных на улице. Однако они должны быть защищены от влаги и пыли, чтобы их внутренние электронные компоненты не вышли из строя.

Начинка LED-ламп, предназначенных для уличного использования, должна быть хорошо изолирована от внешней среды. Для дворового освещения достаточной будет IP54 и выше. Такие лампы смогут выдержать сильный ливень и пыльный ветер.

Угол рассеивания светового луча

Светодиоды всегда крепятся к подложке, которая препятствует попаданию света на свою обратную сторону. Поэтому без специальных приспособлений один излучающий кристалл может эффективно осветить лишь пространство перед собой.

При маркировке LED-светильников также используется значение угла, на который припадает половина светового потока. Он характеризует рассеиваемость света колпачком

Для увеличения угла освещения используют специальные рассеивающие колпачки. Но существуют и светодиоды на стеклянных волокнах или прозрачных подложках, позволяющие освещать равномерно всё окружающее пространство.

В фонариках, наоборот, луч светодиода необходимо сузить, что достигается преимущественно за счет специального отражателя. Поэтому выбор формы LED-лампы должен осуществляться только после определения необходимого угла светового потока.

Советы по выбору LED-ламп

При покупке LED-устройств важно обращать внимание как на их технические характеристики, так и на ряд других нюансов.

Лучший способ выбрать комфортную для глаз светодиодную лампу – включить одновременно несколько моделей в магазине и сравнить их светимость

Представленные советы помогут приобрести качественный светильник, который прослужит долго и будет комфортен для глаз.

1. На упаковке LED-ламп должна быть надпись об отсутствии пульсации.
2. Световой поток должен быть больше, чем у заменяемой лампы накаливания.
3. Рекомендуется сравнивать свечение ламп одинаковой мощности ещё в магазине.
4. При наличии выключателя с индикатором желательно предварительно убедиться в корректной работе с ним LED-ламп.
5. Потолочные лампы с небольшим углом рассевания света могут слепить глаза.
6. Рекомендуется покупать лампы в крупных магазинах, предоставляющих минимум 2 года гарантии.

Желательно приобретать светильники только известных производителей, потому что изделия дешевых малоизвестных брендов зачастую не соответствуют заявленным на упаковке характеристикам.

Маркировка светодиодных устройств

Общепринятой маркировки LED-ламп не существует. Каждый производитель вкладывает в название модели свои условные обозначения.

Указанная маркировка относится ко всем типам ламп и помогает обеспечить совместимость между устройствами с различными принципами работы

Но существует ряд распространенных сокращений, которые наносятся на лампы, не зависимо от их типа:

1. E27, E14, E40 – вкручивающийся цоколь и его диаметр в мм.
2. GU5.3, GU10 и GU13 штырьковой цоколь и размер в мм между контактами.
3. A, C, R, CA, CF, G, P, S, T – форма колпачка.
4. А, А+, А++ – степень экономичности.
5. 2700К-6000К – цветовая температура.

Также на корпусе лампы могут отображаться общие технические характеристики, свойственные электрическому прибору: напряжение и частота тока, рабочая температура, мощность, ресурс в часах, уровень светового потока и прочие параметры.

Ведущие производители LED-ламп

Производители LED-продукции с мировым именем ценят свой имидж, потому стремятся выпускать светильники с параметрами, которые полностью соответствуют заявленным.

Лучшими изготовителями премиальных светодиодных ламп являются:

Цены на продукцию перечисленных компаний самые высокие, но и качество светильников великолепное.

Разница в стоимости одинаковых по мощности ламп лучших брендов и дешевых производителей составляет всего 30-70%, поэтому покупать рекомендуется более надежные модели

Средний ценовой сегмент в производстве LED-ламп занимают следующие фирмы:

• ;
• Camelion;
• ;
• Estares;
• ;
• Navigator;
• ;
• Оптоган.

Эти компании стремятся использовать в производстве недорогие компоненты без сильного ущерба качеству. Часто их лампы ломаются в первые дни эксплуатации, но без проблем заменяются по гарантии.

Покупать LED-продукцию малоизвестных китайских и отечественных брендов не рекомендуется, потому что их гарантийный срок редко превышает 4-6 месяцев. Кроме того, им не важен имидж бренда, а значит, есть возможность беспрепятственно использовать при производстве второсортные комплектующие.

Выводы и полезное видео по теме

Сравнительные обзоры – отличная возможность сопоставить характеристики разных видов ламп, выбрать лучшие решения.

Видео #1. Устройство и принцип работы LED-ламп:

Видео #2. Выбор производителя светодиодных ламп:

Выбор надежной LED-ламп – дело непростое. Плохо разбираясь в их технических характеристиках, легко купить низкокачественную или просто неподходящую модель. Поэтому к покупке светодиодных светильников нужно приступать только после тщательного изучения их особенностей и ознакомления с указанными на упаковке параметрами.

Хотите рассказать о том, какие светодиодные лампочки вы выбрали для освещения собственной квартиры/офиса/дома? Располагаете полезной информацией по теме статьи, которой стоит поделиться с посетителями сайта. Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке, задавайте вопросы, размещайте фотоснимки.

Улучшенное динамическое рассеяние света с использованием адаптивной и статистически управляемой обработки данных корреляции с разрешением по времени.

из которых коррелируется как отдельное измерение. Статистическое распределение ряда величин, полученных из каждого коррелированного суб-измерения, созданное в процессе измерения, затем используется для классификации переходных событий, таких как то, что показано в конце 10-секундного суб-измерения между 8 с. и 10 с на рис.1b, и анализировать их отдельно от остальных данных устойчивого состояния (от 0 с до <8 с на рис. 1c). Затем результат отдельно суммируется в виде пары коррелограмм в переходном и установившемся режимах, которые затем сокращаются для получения распределений размеров частиц в переходном и установившемся режимах. Важно отметить, что все собранные данные (переходные и установившиеся) анализируются и сообщаются: никакие данные не отклоняются или скрываются от пользователя, а является полным и неискаженным представлением любых результатов пробы, полидисперсных или иных, но без увеличения неопределенности в интересующих стационарных долях при наличии сильных переходных рассеивателей . Кроме того, этот процесс по сути имеет дело с предельным случаем, когда существует так много агрегатов, что первичная фракция образца должна рассматриваться как эти более крупные компоненты, то есть агрегаты становятся настолько многочисленными, что их сигнал становится стационарной долей ²⁷ .

Мы также обнаружили, что классификация и раздельное сокращение классов переходного и установившегося состояния на основе очень коротких подпроцессов измерений и способом , основанным на статистике самих данных , приводит к статистически значимой минимизации изменчивости в пределах класса устойчивого состояния в течение короткого общего времени измерения, приводящего непосредственно к , увеличению точности данных DLS в установившемся состоянии и одновременно к сокращению общего времени измерения для образца с хорошими характеристиками на порядок по сравнению с текущими значениями в имеющихся в продаже приборах.

Развитие метода описано в оставшейся части этого раздела с использованием измерений частиц латекса полистирола в качестве модельной системы известных размеров и дисперсий лизоцима в виде хрупкого образца с низким уровнем рассеяния. {2}} $$

(3)

, где τ — время задержки, а I — измеренная интенсивность на детекторе в количестве фотонов в секунду, измеренная в момент времени t .{2} {D} _ {z} $$

(5)

и средний гидродинамический диаметр, Z _Ave , рассчитанный из D _z , с использованием модели Стокса-Эйнштейна для сферических частиц в жидкостях с низким числом Рейнольдса, уравнение. 6, где η — вязкость диспергатора, k _B — постоянная Больцмана и T — температура диспергатора в Кельвинах,

$$ {D} _ {z} = \ frac {{ k} _ {B} T} {3 \ pi \ eta {Z} _ {Ave}} $$

(6)

Оценка распределения частиц по размерам с более высоким разрешением, чем кумулянты, дается путем подгонки корреляционной функции к сумме нескольких экспонент, выполненной рядом возможных методов инверсии, таких как CONTIN ²⁸ или неотрицательный метод наименьших квадратов (NNLS) , которые представляют собой два обычно применяемых примера, разработанных, чтобы справиться с в целом некорректным характером такой подгонки.{1} (| {\ boldsymbol {q}} |; \ tau) = \ int G (\ Gamma) \, exp (\, — \, \ Gamma {\ rm {\ tau}}) d \ Gamma $$

(7)

Длина вспомогательного измерения и повышенная точность

Временной ряд прихода фотона делится на небольшие вспомогательные измерения, которые затем индивидуально коррелируются и сокращаются до свойств выборки, как описано в разделе 2.1, и распределения этих производных величин, построенных по мере выполнения измерения. затем используются для идентификации переходных и установившихся данных .

Экспериментальная неопределенность величин, полученных из данных DLS ( Z _Ave , PdI , скорость счета и т. Д.) По множественным измерениям обратно пропорциональна квадратному корню из числа измерений в Однако обычно взаимосвязь между шумом в коррелограмме в каждом суб-измерении и длиной суб-измерения менее очевидна. Ссылаясь на рис. 1а, выбранный объем; область, ограниченная пересечением освещающего лазера и путей обнаружения, оба конечной ширины; значительно меньше, чем общий объем образца в кювете, поэтому, поскольку время интегрирования увеличивает вероятность того, что агрегат диффундирует в объем обнаружения или из него, увеличивается, и в этом разделе мы исследуем, как производные количества, Z _Ave и PdI ведут себя как функция длительности вспомогательного измерения.Цель состоит в том, чтобы оптимизировать продолжительность, чтобы поддерживать или улучшать отношение сигнал-шум, но при длине вспомогательного измерения, что одновременно позволяет алгоритму выбора оставаться достаточно чувствительным, чтобы классифицировать каждое вспомогательное измерение как установившееся состояние или переходный процесс.

На рисунке 2a показаны Z _Ave и PdI для серии измерений латекса полистирола с диапазоном гидродинамических размеров, указанным производителем как 58–68 нм (Thermo-Scientific, 3060 A), диспергированный в 150 мМ NaCl, полученный с помощью деионизированной воды, отфильтрованной 200 нм (18.2 МОм).

Рисунок 2

( a ) Распределение Z _Ave и PdI в зависимости от продолжительности вспомогательного измерения и количества вспомогательных измерений. Отображаются все записанные данные. т.е. для этого рисунка не было отменено выделение данных: см. основной текст для обсуждения. Пунктирная линия показывает стандарт ISO для индекса полидисперсности. ( b ) Примеры индекса полидисперсности, PdI , как функции Z _Ave для образцов, содержащих следовые количества дополнительного крупного материала (вверху) (см. Дополнительную информацию) и стабильных, хорошо подготовленных образцы (внизу).

Обратите внимание на уменьшение стандартного отклонения по сравнению с измеренным значением Z _Ave с 1,1 нм до 0,32 нм между случаями 1 × 10 с и 10 × 1 с, выделено синим цветом, указывая на то, что — это точность DLS. измерение увеличивается просто с использованием среднего значения по более коротким частичным измерениям, но для того же общего времени интегрирования . Аналогичное поведение можно увидеть при измерениях частиц разного размера (см. Дополнительную информацию).

Механизм этого улучшения можно объяснить, рассмотрев форму корреляционной функции при обнаружении переходного рассеивателя.Корреляционная функция представляет собой приблизительно экспоненциальный спад с небольшими возмущениями из-за нескольких источников шума, в том числе после импульсов, дробового шума, ошибок нормировки и, конечно же, обнаружения рассеивающих частиц разного размера ²¹ . Запись коррелированного светорассеяния в течение коротких интервалов времени может увеличить амплитуду этих возмущений, но усреднение по нескольким корреляционным функциям субизмерений, каждая из которых содержит случайный шум, означает, что конечный результат содержит меньше шума, чем корреляционная функция, записанная с той же продолжительностью, но обработанная. как один непрерывный след. Это чрезвычайно важный результат, поскольку он показывает, что ничто иное, как тщательно полученная длина суб-измерения, дает 3-кратное улучшение точности для этого первичного метода измерения в наномасштабе .

Далее, как мы покажем в следующем разделе, более короткая длина суб-измерения также позволяет классифицировать стационарные и переходные данные, что, как мы продемонстрируем, решает основную критику DLS: пропорциональность рассеянной интенсивности в шестой степени радиуса частицы, что означает, что данные от компонента первичной частицы могут быть искажены или даже замаскированы присутствием редких крупных частиц.С практической точки зрения, это требует тщательной подготовки образца, чтобы избежать значительной неопределенности в результатах измерения, вызванной, например, более крупными, часто нежелательными фракциями, такими как загрязнения фильтра, кратковременные агрегаты или плохо очищенная лабораторная посуда.

Классификация данных переходного и установившегося состояния

Как указывалось ранее, многие коммерческие приборы DLS используют время вспомогательного измерения порядка 10 секунд, при этом некоторые из этих измерений объединяются в соответствии с некоторой формой алгоритма отсеивания пыли, однако это означает, что большие участки надежных данных могут быть исключены из измерения, если вспомогательное измерение содержит короткий всплеск рассеяния от переходного события.Это намекает на то, что классификация данных устойчивого состояния и переходных процессов также может быть достигнута за счет использования более короткого времени корреляции, и это также может сделать сравнение между субизмерениями более точным, поскольку эффекты переходного рассеяния не будут усреднены. Результаты серии этих дополнительных измерений можно затем объединить, проанализировав среднее значение автокорреляционных функций перед выполнением анализа размера, как описано в разделе 2.2.

Затем все записанные вспомогательные измерения классифицируются на наборы, которые описывают установившееся состояние и переходную способность системы, или, другими словами, те, которые являются репрезентативными для основной выборки в установившемся состоянии, и те, которые связаны со всплеском паразитного рассеяния, как показано на рис.1c.

Идентификация переходных субизмерений должна производиться на основе характеристик исследуемого образца, чтобы избежать необходимости в произвольно определенных пороговых значениях, которые могут зависеть от образца. Путем уменьшения каждого из сопоставленных субизмерений по отдельности становится доступным ряд возможных параметров, которые могут использоваться в качестве основы для сравнения наборов субизмерений, и кажется логичным основывать это сравнение на анализе размера измеренных автокорреляционных функций.

Анализ кумулянтов

предполагает, что образец является монодисперсным, что означает, что как Z _Ave , так и PdI будут давать непрерывные и точные измерения размера частиц, которые мы можем использовать для сравнения дополнительных измерений. PdI описывает отклонение корреляционной функции от идеального экспоненциального затухания. Это прямое измерение возмущения корреляционной функции, и оно особенно чувствительно к шуму в базовой линии корреляционной функции, который является типичным следствием переходного рассеяния и, как мы покажем, поэтому является идеальным параметром для сравнения корреляционных функций. из множества дополнительных измерений.

Пример такой зависимости показан на рис. 2b, где образцы содержат либо агрегированный материал, либо легированы смесью латексных сфер (см. Дополнительную информацию). Здесь образцы, содержащие следовые количества агрегата, показывают положительную корреляцию между измеренным размером и PdI , при этом некоторые точки данных сгруппированы с постоянным размером и PdI , тогда как нелегированные образцы показывают четко определенные кластеры данных. Таким образом, промежуточные измерения переходных процессов могут быть идентифицированы как те, которые имеют неожиданное значение для PdI .В этом случае непредвиденный означает, что PdI данного вспомогательного измерения не является репрезентативным для вспомогательных измерений в установившемся состоянии и, следовательно, является статистическим выбросом. Существует множество методов выявления статистических выбросов, каждый из которых имеет сильные и слабые стороны в зависимости от характера интересующего распределения и размера выборки.

На рис. 3а показаны распределения PdI для дисперсий, содержащих произвольно малые количества паразитного материала, причем распределения PdI различаются по центру и ширине для разных образцов.Учитывая, что PdI по определению ограничен интервалом [0,00,1,00] и обычно будет смещен в сторону больших значений, арифметические дескрипторы распределения, такие как среднее значение и стандартное отклонение, не подходят.

Рис. 3

( a ) Распределение PdI для ряда агрегированных / загрязненных образцов, демонстрирующее необходимость определения конкретного образца для идентификации измерения переходных частиц. Эти распределения также показывают, что PdI является смещенным распределением, и поэтому три стандартных отклонения от среднего порогового значения для выбросов не будут устойчивыми.( b ) Гистограмма редко собранного набора измерений для образца лизоцима. Хотя аппроксимация с использованием регрессии наименьших квадратов и гауссовой модели в ( a ) надежно позволила определить статистику достаточно выборочных наборов данных, попытка подгонки к разреженному набору данных показана синим цветом, но показывает плохую корреляцию с распределением. данные из-за очевидной недостаточной выборки. Также показан график разброса отдельных значений, показывающий их разброс. Отдельная точка, выделенная красным цветом, успешно идентифицирована процедурой Рознера, обобщенной для многих выбросов, как выброс.

Если количество дискретных подизмерений достаточно велико, гистограмма данных может использоваться для получения ширины распределения (см. Гауссову аппроксимацию на рис. 3a), однако, когда размер выборки меньше, методы проверки численной гипотезы, такие как описанные Dixon ²⁹ и Rosner ³⁰ могут быть более подходящими, рис. 3b.

Оптимизация размера выборки

Эффективность любого метода идентификации выбросов будет зависеть как от общего количества точек данных, так и от количества выбросов в распределении.Например, хорошо подготовленный, монодисперсный и стабильный образец, показанный на рис. 2а, демонстрирует, что надежный размер может быть получен всего за 10 усредненных субизмерений длительностью 1 с, тогда как образец, который дает более шумные корреляционные функции, либо за счет низкого рассеяние, имеющее значительную полидисперсность или содержащее ложные рассеиватели, потребует большего количества дополнительных измерений, чтобы обеспечить большую уверенность в идентификации выбросов. Опять же, это мотивирует подход, основанный на выборке, при котором количество дополнительных измерений зависит от качества данных, собранных из выборки.

Возможные подходы могут заключаться в мониторинге разброса отдельных результатов дополнительных измерений или в выполнении тестов на нормальность этих значений, однако это обычно приводит к измерению для получения большего количества точек данных. Альтернативный подход заключается в постоянном мониторинге предполагаемого конечного результата по мере выполнения измерения, когда статистика измерения достаточно хорошо определена, а возмущения в корреляционной функции подходящим образом хорошо усредняются из конечного результата, сообщаемый размер должен становятся постоянными с некоторой степенью естественной изменчивости.Опять же, проверки гипотез могут использоваться для сравнения результатов измерения после сбора дополнительных вспомогательных измерений, и если эти значения совпадают, то образец адекватно охарактеризован, и измерение может закончиться соответствующим образом. Дополнительную уверенность можно добавить к этому методу, проверив наличие особых причин в результатах на протяжении всего измерения, таких как тенденции и колебания.

Пример этого подхода показан на рис. 4a для образца лизоцима, с изначально ошибочной недооценкой указанного размера частиц, но который стабилизируется после сбора последующих дополнительных измерений.Также обратите внимание, что идентификация выбросов повторяется во время измерения по мере того, как собирается больше данных, а это означает, что переходное событие будет идентифицировано как таковое, независимо от того, когда в процессе измерения оно было зарегистрировано. Это усовершенствование других методов, которые могут сравнивать данные на основе начального измерения, которое могло или не могло быть репрезентативным для истинной выборки.

Рисунок 4

( a ) Вверху: полученное значение Z _Ave по сравнению с количеством измеренных дополнительных измерений во время измерения образца лизоцима.Оценка стандартной ошибки для каждого сообщенного размера показана с помощью планок погрешностей. Результат изначально неточный и непостоянный, но стабилизируется после сбора достаточного количества данных. Внизу: Уровень достоверности (CL) проверки гипотезы о схожести данных, рассчитанный для последовательных значений, показанных для Z _Ave . Когда уровень достоверности достигает порогового значения, не ожидается никакой разрешимой разницы в Z _Ave , и поэтому запись дополнительных вспомогательных измерений может закончиться.( b ) Вверху: взвешенное по интенсивности распределение размера частиц для измерений лизоцима 1 мг / мл с использованием короткого и длительного времени корреляции, измеренного под углом обнаружения 90 °. Короткие вспомогательные измерения показывают очевидный компонент большого размера, который является шумовым артефактом, связанным с низкой интенсивностью рассеяния образца. Внизу: соответствующие базовые значения функции корреляции для повторных измерений с использованием длинных и коротких дополнительных измерений. Короткие дополнительные измерения показывают разрешенный во времени дополнительный артефакт распада.

Это приводит к повышению эффективности сбора данных без вмешательства пользователя, и поэтому измерения стабильных образцов, требующие сбора меньшего количества данных, могут быть выполнены за более короткое время, в то время как сложные образцы, которые показывают некоторый уровень неопределенности, автоматически будут иметь большее количество данных. данные, собранные для получения результата с сопоставимой достоверностью.

Оптимизация выборки

Как описано в разделе 2.2, в функции корреляции есть несколько источников шума, и амплитуда этого шума может зависеть от времени.Хотя в разделе 2.2 приводятся доводы в пользу использования короткого времени корреляции, бывают случаи, когда это может быть вредным.

Для образца, который демонстрирует низкие свойства рассеяния за счет малого сечения рассеяния, низкой концентрации образца, небольшой разницы в показателе преломления для окружающего диспергатора или их комбинации, может быть меньше обнаруженных фотонов для заполнения временных интервалов коррелятора и это обычно проявляется в виде шума в базовой линии корреляционной функции при более длительных временах задержки коррелятора, τ .

Коммерческие светорассеивающие приборы обычно изменяют ряд инструментальных настроек как часть процедуры настройки измерения, например оптимизируют положение измерения в кювете для минимизации длины оптического пути входящего лазера и пути обнаружения исходящего рассеяния. чтобы избежать многократного рассеяния от концентрированных образцов вблизи центра кюветы или, наоборот, избежать статического рассеяния от стенок ячейки при низких концентрациях образца и оптимизировать скорость счета обнаруженных фотонов, чтобы оставаться в линейном диапазоне детектора.Эти инструментальные оптимизации обычно предназначены для того, чтобы позволить пользователям, незнакомым с интерпретацией данных светорассеяния, получать наиболее надежные результаты в широком диапазоне концентраций и размеров образцов, но такая оптимизация ранее не применялась к времени корреляции. Пример этого показан на фиг. 4b, причем распределение частиц по размерам показано для образца лизоцима 1,0 мг / мл, измеренного под углом обнаружения 90 °. Сообщенная PSD для короткого времени корреляции показывает очевидную компоненту большого размера в дополнение к основному пику частицы.). Если бы это был реальный эффект образца, измерения при меньшем угле обнаружения показали бы такой же большой компонент. Измерения прямого рассеяния для того же образца были мономодальными (см. SI), и отсутствие пика в измеренных данных при других углах обнаружения (дополнительная информация) указывает на то, что это могло быть связано с комбинацией образца с низким рассеянием и статического электричества. рассеяние, возможно, из одноразовой кюветы с образцом. Несмотря на то, что интенсивность падающего света может быть оптимизирована, некоторые образцы, такие как белки с низкой концентрацией, могут рассеивать неоптимальное количество фотонов даже без ослабления освещающего лазера, что означает, что стандартные рабочие процессы для коммерческой системы динамического рассеяния света могут не выполняться. можно использовать оптимальное и более длительное время корреляции ²⁴ с обширной разработкой методов, необходимой для определения этих параметров.Поэтому может быть введена дополнительная управляемая выборкой адаптация измерения, при которой прибор использует минимально возможную длину суб-измерения, которая даст оптимальное количество фотонов для измерения (см. SI), и это описано в оптимизированной схеме измерения в следующем разделе. раздел.

Оптимальная схема измерения

Оптимальная схема измерения состоит из следующего процесса:

1. (1)

   Оптимизация положения измерения и интенсивности падающего света.

2. (2)

   Если обнаруженный уровень рассеяния низкий даже при самом низком затухании лазера, длина вспомогательного измерения оптимизируется для уменьшения базового шума.

3. (3)

   Дополнительные измерения собираются и анализируются с использованием кумулянтного анализа.

4. (4)

   Значения PdI из этих анализов сравниваются и выявляются выбросы.

5. (5)

   Корреляционные функции субизмерений в установившемся режиме усредняются, а результат анализируется для получения отчета Z _Ave .

6. (6)

   Другие вспомогательные измерения записываются и анализируются, как указано выше, и записывается новый окончательный ответ Z _Ave .

7. (7)

   Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет найдено совпадение двух предыдущих результатов Z _Ave шагов (5) и (6) с использованием проверки гипотезы.

8. (8)

   Все промежуточные измерения переходных процессов также усредняются и анализируются для получения информации о переходной составляющей.

Учитывая реакцию вышеупомянутого алгоритма на характеристики выборки, с длиной суб-измерения, объемом собранных данных и какие суб-измерения, которые следует исключить из результата устойчивого состояния, все зависит от выборки и качества данных, метод получил название Adaptive Correlation, принимая во внимание Вдохновение от использования адаптивной оптики в астрономии ³¹ , где обратная связь по данным используется для коррекции наблюдаемых аберраций.

Результаты размера DLS под разными углами

Возможно, вы заметили, что серия инструментов Zetasizer доступна в двух различных оптических конфигурациях: «традиционная» установка на 90 градусов и установка «NIBS» на 173 градуса.

Очевидный вопрос для пользователя динамического рассеяния света (DLS):

«Получу ли я одинаковые результаты в обеих системах?»

Это может быть непростая идея для понимания, поэтому мы постараемся объяснить ее здесь.Однако сначала следует отметить, что, помимо большего угла рассеяния, система NIBS (неинвазивное обратное рассеяние) также имеет гораздо больший диапазон концентраций, чем система 90 градусов, что означает, что систему NIBS можно использовать для измерения более концентрированных образцов. и по-прежнему генерировать результаты, которые согласуются с результатом системы 90 градусов.

Возможно, лучше сформулировать первоначальный вопрос: «Если имеется достаточно сигнала рассеяния для хорошего сбора данных, будет ли такая же достаточно разбавленная проба иметь тот же размер при измерении конфигурациями 90 и 173 градусов?»

Что ж, ответ зависит от тестируемой выборки и наблюдаемого распределения.В принципе, распределение интенсивности может быть другим , но объем или распределение массы должно быть тем же (хотя могут быть определенные условия, при которых этого не произойдет из-за рассеяния Ми). «Вопросы и ответы: будут ли согласованы результаты обратного рассеяния и 90 градусов?» предоставляет более подробную информацию по этой теме, а подробное обсуждение обратного рассеяния приведено в техническом примечании «Объяснение разницы между неинвазивным обратным рассеянием (NIBS) и обратным рассеянием — это НЕ одно и то же.”

Основываясь на опубликованных результатах, в примечании к применению «Влияние угла на разрешение смесей размера частиц с использованием динамического рассеяния света» более подробно рассматривается проблема путем анализа смеси двух видов частиц и оценки их разрешимости при различных углах рассеяния. Ключевые выводы этого обсуждения:

• DLS обычно считается быстрым методом с низким разрешением
• Можно наблюдать изменения относительных концентраций при условии, что их вклад превышает пороговый уровень шума
• Преобразование распределения интенсивности в распределение объема не должно зависеть от угла для выбора диапазона относительных концентраций

Поведение светорассеяния в зависимости от угла определяется теорией Ми, которая составляет неотъемлемую часть преобразования интенсивности в объем, содержащейся в пакетах программного обеспечения для рассеяния света Malvern, как для решений динамического рассеяния света, так и для решений лазерной дифракции.

Сноски: 1) Когда образец демонстрирует многократное рассеяние, тогда результаты для разных углов будут разными, и вышеприведенное обсуждение справедливо только для образцов с однократным рассеянием, то есть тех образцов, которые оптически прозрачны достаточно, чтобы свет, рассеянный частицей не рассеивается другой частицей до достижения детектора. 2) Для систем с переменными положениями измерения, где эффект многократного рассеяния можно минимизировать путем измерения ближе к стенке кюветы, измерение следует проводить в той же позиции измерения , что и для оптики 90 градусов, и это центр ячейки .3) Когда вступают в игру взаимодействия, зависящие от концентрации, структурный фактор S (q), форм-фактор F (q) или вращательная диффузия, тогда исследование в зависимости от угла может дать значение, и результаты будут разными.

Ранее

Если у вас есть вопросы, напишите мне по адресу [email protected]. Спасибо! Хотя высказанные мнения, как правило, принадлежат автору, некоторые части могли быть изменены нашей редакционной группой.

LS Instruments | Введение

Динамическое рассеяние света (DLS, также известное как Photon Correlation Spectroscopy или Quasi-Elastic Light Scattering ) — один из самых популярных методов светорассеяния, поскольку он позволяет измерять размер частиц до 1 нм в диаметре.Типичные области применения — эмульсии, мицеллы, полимеры, белки, наночастицы или коллоиды. Основной принцип прост: образец освещается лазерным лучом, и флуктуации рассеянного света регистрируются детектором быстрых фотонов при известном угле рассеяния θ.

Простые приборы DLS, которые измеряют под фиксированным углом, могут определять средний размер частиц в ограниченном диапазоне размеров. Более совершенные многоугольные инструменты могут определять полное гранулометрическое распределение .

С микроскопической точки зрения частицы рассеивают свет и, таким образом, накладывают на них информацию о своем движении. Таким образом, анализ флуктуации рассеянного света дает информацию о частицах. Экспериментально флуктуации интенсивности характеризуют путем вычисления корреляционной функции интенсивности g ₂ (t), анализ которой дает коэффициент диффузии частиц (также известный как константа диффузии).

Коэффициент диффузии D затем связан с радиусом R частиц с помощью уравнения Стокса-Эйнштейна:

Где k _B — Константа Больцмана, T — температура, а η — вязкость.

Корреляция интенсивности может выполняться электронным оборудованием (цифровой коррелятор) или программным анализом статистики фотонов. Поскольку колебания обычно находятся в диапазоне от наносекунд до миллисекунд, электронное оборудование обычно быстрее и надежнее в этой работе. Для получения более подробной информации о теории динамического рассеяния света посетите нашу страницу теории DLS.

Качество измерения

Качество измерения DLS зависит от нескольких факторов.Некоторые очевидные факторы, такие как качество компонентов (лазер, детектор, коррелятор …), другие факторы не столь очевидны, но могут значительно повлиять на измерение. Некоторые важные моменты, которые следует учитывать, перечислены ниже.

Угол рассеяния

Скорость затухания зависит от волнового вектора и, следовательно, от угла рассеяния. Частицы разного размера разлетаются с разной интенсивностью в зависимости от угла рассеяния. Таким образом, существует оптимальный угол обнаружения для каждого размера частиц.Качественный анализ всегда следует проводить при нескольких углах рассеяния (многоугловая DLS). Это становится еще более важным в случае полидисперсных образцов с неизвестным распределением частиц по размерам, поскольку под определенными углами интенсивность рассеяния некоторых частиц будет полностью подавлять слабый сигнал рассеяния других частиц, что делает их невидимыми для анализа данных под этим углом. . Инструменты
DLS, работающие исключительно под фиксированным углом, могут обеспечить хорошие результаты только для некоторых частиц.Поэтому особое внимание следует уделить рассмотрению точности рекламируемого инструмента DLS. Для этих приборов с фиксированным углом такие показания верны только для определенных частиц.

Многократное рассеяние

Теория динамического рассеяния света действительна только для однократно рассеянного света. Как и все методы рассеяния, интерпретация становится чрезвычайно сложной для систем с существенным вкладом от многократного рассеяния. Уже небольшие вклады многократного рассеяния могут привести к большим ошибкам анализа.В частности, для более крупных частиц с высоким контрастом рассеяния это ограничивает метод очень низкими концентрациями частиц. Таким образом, большое разнообразие систем исключается из исследований с использованием обычного динамического светорассеяния. Однако можно подавить многократное рассеяние в DLS с помощью подхода взаимной корреляции. Общая идея состоит в том, чтобы изолировать однократно рассеянный свет и подавить нежелательные вклады от многократного рассеяния в эксперименте DLS. Разработаны и применяются различные реализации кросс-корреляционного рассеяния света.В настоящее время наиболее удачной схемой является так называемый метод трехмерной взаимной корреляции. Тот же метод можно использовать для корректировки данных статического светорассеяния (SLS) на вклады множественного рассеяния. В качестве альтернативы, в пределе сильного многократного рассеяния, можно применить вариант динамического рассеяния света, называемый спектроскопией диффузных волн (DWS).

Анализ данных

Существует три основных метода анализа данных DLS: CUMULANT, CONTIN и CORENN.

Метод CUMULANT является наиболее надежным методом, если данные зашумлены, но он может определять только средний размер частиц, и если предполагается распределение Гаусса вокруг этого среднего размера, он может определить ширину этого распределения.Это часто называют индексом полидисперсности (PDI).

CONTIN ^1,2,3 раньше был лучшим выбором, если в пробе присутствует бимодальное распределение частиц. Однако CONTIN очень чувствителен к любому шуму, присутствующему в данных. Часто единственный способ получить надежные результаты — это делать дополнительные предположения. Однако это означает, что существуют разные версии CONTIN. Часто конкретные предположения не упоминаются. Обычно требуется предположение о гауссовом распределении для отдельных популяций частиц.Но часто применяются и другие, более жесткие ограничения. Из-за ограничений CONTIN он был заменен на CORENN, который больше подходит для многомодального распределения частиц по размерам.

CORENN — это алгоритм, разработанный LSI. Он основан на методе наименьших квадратов со свободной базовой линией для интегральной инверсии некорректно поставленной задачи. Это надежный метод, который обеспечивает надежные результаты даже при наличии шума данных.В отличие от CONTIN не требует дополнительных ограничений или предположений.

[1] S.W. Провенчер: Обратные задачи характеризации полимеров: Прямой анализ полидисперсности с помощью фотонной корреляционной спектроскопии. Макромол. Chem. 180 , 201 (1979).

[2] S.W. Provencher: метод ограниченной регуляризации для инвертирования данных, представленных линейными алгебраическими или интегральными уравнениями. Comput. Phys. Commun. 27 , 213 (1982).

[3] S.W. Provencher: CONTIN: программа общей регуляризации с ограничениями для обращения зашумленных линейных алгебраических и интегральных уравнений. Comput. Phys. Commun. 27 , 229 (1982)

светорассеяния | Характеристики материалов

Частицы рассеивают свет, это фундаментальный факт, с которым мы все сталкиваемся ежедневно: небо голубое.Это вызвано более сильным рассеянием синего света частицами атмосферы, чем красного света. Глянцевая или матовая отделка поверхности обусловлена ​​наличием на ней частиц.

Угол рассеяния света, частота рассеяния света и интенсивность указанного рассеяния могут быть измерены для определения размера, заряда и молекулярной массы материалов. Это ядро ​​многих наших технологий.

Для лазерной дифракции и дифракции рентгеновских лучей (малоугловая дифракция рентгеновских лучей (SAX), широкоугольная дифракция рентгеновских лучей (WAX)) мы используем принцип, согласно которому частицы разных размеров имеют уникальную характеристику светорассеяния, поэтому Измеряя светорассеяние в широком диапазоне углов с высокой чувствительностью и очень быстро, мы можем определять размер частиц / капель порошков, эмульсий, аэрозолей и суспензий.Однако по мере того, как частицы попадают в нанометровый диапазон, их способность рассеивать свет сильно падает. Частица 10 нм рассеивает в 1 миллион раз меньше, чем частица 100 нм, поэтому есть точка, в которой даже при уменьшении длины волны источника света (что увеличивает количество рассеяния) лучше всего анализировать рассеяние света альтернативными способами. Существует несколько теорий, которые могут определять рассеяние света из распределения частиц по размерам (теория рассеяния Ми, теория рассеяния Фраунгофера, теория рассеяния Рэлея), а алгоритм инверсии может превратить рассеяние в распределение по размерам.

Мы можем смотреть на наноматериал под прямым углом к ​​лазеру и отслеживать, как частицы диффундируют (мелкие частицы движутся быстрее, чем большие), и исходя из этого определять коэффициент поступательной диффузии и, следовательно, размер (это известно как отслеживание наночастиц. анализ (NTA)) или посмотреть, как рассеянный свет изменяется с течением времени по мере прохождения через него частиц. Если он быстро меняется, можно определить, что присутствуют мелкие частицы, а медленно — более крупные. Это составляет основу фотонной корреляционной спектроскопии / динамического рассеяния света.

Электрофоретическое рассеяние света включает прохождение электрического поля через жидкость, которое заставляет частицы двигаться. Чем больше заряд на частицах, тем быстрее они движутся. Мы пропускаем лазер через частицы, а затем рекомбинируем рассеянный свет с другой частью того же лазера, которая не была рассеяна. Полученная интерференционная картина позволяет невероятно точно измерить скорость частиц.

Если мы измеряем светорассеяние как функцию концентрации (полимеров или биополимеров) под разными углами, мы можем получить информацию, которая позволяет нам определить молекулярную массу рассматриваемого материала, а также информацию о его структуре.

Введение в теорию рассеяния света

Эксперимент по светорассеянию в режиме хроматографии объединяет детектор многоуглового статического рассеяния света (MALS), такой как DAWN® или miniDAWN®, с устройством фракционирования, которое разделяет макромолекулы в зависимости от их физических свойств. Наиболее распространенным методом фракционирования, используемым с MALS, является эксклюзионная хроматография ВЭЖХ (SEC). SEC-MALS обеспечивает точное распределение молярной массы и размера (среднеквадратичный радиус Rg), в отличие от:

• Стандартный SEC, который зависит от калибровки колонки по эталонным стандартам.
• Пакетный (кюветный) режим MALS, при котором измеренные количества усредняются по всем массам и размерам, присутствующим в образце.

Этот тип устройства имеет много преимуществ по сравнению с традиционными методами калибровки колонки. Поскольку светорассеяние и концентрация измеряются для каждой элюируемой фракции, молярная масса и размер могут быть определены независимо от положения элюирования. Это особенно важно для видов неглобулярных форм или видов, которые взаимодействуют с колонкой SEC; такие вещества обычно не элюируются способом, который можно описать набором калибровочных стандартов колонки.

Однако для светорассеяния в режиме хроматографии нестандартное взаимодействие колонки не представляет проблемы, поскольку абсолютная молярная масса и размер определяются для каждой элюируемой фракции. Поскольку нет необходимости делать какие-либо предположения, присущие использованию калибровочных стандартов, можно полностью охарактеризовать распределения, полученные с помощью таких методов разделения, как ионообменная или обращенно-фазовая хроматография. Нет возможности откалибровать эти методы традиционными методами.

Другой мощный метод разделения, часто используемый в сочетании с MALS, — это фракционирование в полевом потоке (FFF), которое выполняет разделение в очень широком динамическом диапазоне. FFF работает без насадочной колонки, через канал. Eclipse ™ точно контролирует потоки для получения универсального и надежного разделения. FFF-MALS характеризует растворенные вещества и суспензии от небольших макромолекул до наночастиц микронного размера.

При типичном измерении SEC-MALS или FFF-MALS детектор светорассеяния и детектор концентрации подключаются последовательно после устройства фракционирования.Детектор концентрации обычно представляет собой дифференциальный рефрактометр (dRI), такой как Optilab® или детектор поглощения ультрафиолета (УФ).

В дополнение к измерению молярных масс и среднеквадратичных радиусов с помощью MALS, может быть желательно также определить гидродинамические радиусы. Это достигается путем добавления к детектору MALS модуля обнаружения динамического светорассеяния (DLS), такого как внешнее волокно WyattQELS или DynaPro® NanoStar® для измерения гидродинамических радиусов Rh. Диапазон измерений размеров SEC-DLS и FFF-DLS составляет от 250 нм.

В качестве альтернативы, дифференциальный вискозиметр, такой как ViscoStar®, может быть подключен последовательно с детекторами MALS и dRI для определения характеристической вязкости, которая также может быть связана с R _h . Связь между молярной массой и размером, определяемая методом DLS или вискозиметрии, указывает на молекулярную конформацию.

Теория

MALS — Wyatt Technology

Теоретические основы, заложенные Бруно Зиммом ¹ , позволяют свести результаты теории рассеяния света Рэлея-Дебая-Ганса в простое уравнение.Как описано в обзорной статье Филипа Вятта в 1993 г. ² , разработка Zimm приводит к следующему выражению:

В этом выражении:

• R ( θ, c ) — коэффициент Рэлея избытка раствора как функция угла рассеяния θ и концентрации c . Он прямо пропорционален интенсивности рассеянного света сверх света, рассеянного чистым растворителем.
• c — концентрация растворенного вещества.
• M _w — усредненная молярная масса растворенного вещества.
• A ₂ — второй вириальный коэффициент в вириальном расширении осмотического давления.
• K * — постоянная 4π ² ( dn / dc ) ² n ₀ ² / N _a λ _{0 ^.}
• N _a — номер Авогадро.Это число всегда появляется, когда концентрация измеряется в г / мл, а молярная масса — в г / моль.
• P ( θ ) описывает угловую зависимость рассеянного света и может быть связан со среднеквадратичным радиусом.

Расширение P ( θ ) до первого порядка дает:

В этом выражении n ₀ — показатель преломления растворителя, λ ₀ — длина волны лазера в вакууме, а R _g — среднеквадратичный радиус.Здесь очевидна связь между размером и угловой зависимостью рассеянного света. Для больших размеров ( R _g больше, чем приблизительно 50 нм) необходимо включить более высокие моменты в расширение P ( θ ).

Средний квадратный радиус, < r _g ² >, может быть вычислен немедленно из наклона при θ = 0 измеренных отношений 1/ R ( θ, c ) относительно sin ² ( θ /2).Если макромолекула массой M состоит из элементов m _i , можно показать, что:

где r _i — расстояние элемента м _i от центра масс молекулы общей массой M .

Основное уравнение рассеяния света справедливо для ВСЕХ углов, а не только для одного! С помощью современных компьютеров мы собираем все угловые данные и применяем Global Fit, поскольку взаимосвязь между массой, размером и измеренными величинами действительна для всех углов.Так называемая «экстраполяция» (на которую могут ссылаться некоторые поставщики светорассеяния) на самом деле состоит из сбора полного набора независимых точек данных и использования этого полного представления картины рассеяния для нахождения наиболее точного значения молярной массы, размера и конформация. Таким образом, Wyatt выполняет 18 одновременных измерений с помощью нашего 18-углового прибора DAWN.

Объединение данных, полученных с большего количества углов, означает значительное повышение точности и точности. Тем не менее, некоторые будут утверждать, что измерение под одним небольшим углом (на самом деле, в самом шумном месте!) Лучше, чем измерение в диапазоне углов.Ясно, что этот аргумент неверен, что подтверждается основными уравнениями.

Ссылки
¹ Зимм Б. Х. Рассеяние света и функция радиального распределения растворов с высоким содержанием полимеров. Journal of Chemical Physics 16 , 1093-1099 Там же . Аппаратура и методы измерения и интерпретации углового изменения светорассеяния; Предварительные результаты по растворам полистирола. Журнал химической физики 1948, 16 , 1099-1116.

² Вятт, П. Дж. Рассеяние света и абсолютная характеристика макромолекул. Analytica Chimica Acta 1993, 272 , 1–40.

Многоугловое динамическое рассеяние света (MADLS)

Многоугловое динамическое рассеяние света, или MADLS ^® , объединяет информацию об угле рассеяния из теории Ми и анализ распределения частиц по размерам из измерения динамического светорассеяния в интегрированном методе.Более низкий уровень шума и, следовательно, меньшее сглаживание, обеспечивает более надежное и точное представление распределения частиц по размерам с улучшенной характеристикой отдельных компонентов многокомпонентной пробы.

Ключевые преимущества MADLS® включают:

• Более репрезентативное измерение размера частиц с уменьшенным сглаживанием
  
• Создание углового независимого распределения частиц по размерам
• Характеристика многокомпонентных дисперсий наночастиц с улучшенным разрешением
• Обеспечение возможности измерения концентрации частиц с разрешенным размером частиц, неразрешимых ортогональными методами

Как работает MADLS

^®

При традиционном измерении динамического рассеяния света (DLS) дисперсия частиц освещается когерентным источником света.Часть света рассеивается частицами внутри образца. Часть этого рассеяния обнаруживается под одним заданным углом. Затем флуктуации интенсивности рассеяния анализируются с использованием метода, называемого автокорреляцией. Размер частиц в дисперсии затем выводится из этих данных автокорреляции. В этом расчете помимо температуры и вязкости диспергатора используется угол обнаружения рассеяния.

Интенсивность света, рассеянного образцом, зависит от размера и показателя преломления частиц, а также угла, под которым регистрируется рассеяние — это описывается теорией Ми.Это означает, что не все частицы разных размеров в одном образце обнаруживаются с одинаковой чувствительностью. Таким образом, традиционное одноугловое измерение DLS может сообщать о различном гранулометрическом составе смеси в зависимости от угла, под которым выполняется измерение. Это объясняет, почему важно указать угол рассеяния, используемый для получения результата DLS.

При измерении MADLS данные корреляции с нескольких углов обнаружения объединяются с этими знаниями теории Ми для получения распределения частиц по размерам с более высоким разрешением.Подгонка к нескольким представлениям одной и той же выборки также подавляет шум при измерении, а это означает, что можно рассчитать более надежное распределение, которое подвергается меньшему сглаживанию и может быть вычислено с более высокой точностью, чем в традиционных методах анализа распределения. Эти улучшения означают, что MADLS позволяет улучшить разрешение компонентов близкого размера (с 3: 1 до 2: 1).

Это измерение с высоким разрешением также позволяет рассчитать числовое распределение по размерам, где количество частиц на мл указывается для каждого компонента размера.Этому способствует уменьшенное сглаживание и повышенная точность размера частиц, без чего вычисления концентрации частиц подвержены ошибкам. В то время как концентрация частиц MADLS представляет собой комплексный метод, надежное распределение частиц по размерам позволяет определять концентрацию частиц с разрешенным размером, не полагаясь на калибровочную кривую. Измерения концентрации частиц MADLS требуют, чтобы чувствительность детектора фотонов Zetasizer была охарактеризована с помощью стандарта рассеяния, но в остальном они не требуют калибровки.