X射线与中子小角散射

1930年，Krishnamarti首次观察到，在X射线穿过内部包含直径为几十Å至上千Å细微粒的无定形物质时，透射线出现了某种程度的弥散，其发射角一般都在几度以内，人们称这种现象为X射线小角散射。1939年前后，Guinier等人建立了有关这种现象的理论和分析方法。经过技术上的发展和不断完善，目前，X射线小角散射技术在化学、物理、生物等方面已得到相当广泛的应用。
光散射可以利用散射光的角关系来确定分子量(见“光散射”条)，但对回转半径小于100A的粒子，这个方法就无效了。因为此法的分辨能力与波长的平方成反比，用通常的散射光源(波长λ为4000～5000Å左右)，对这样大小的分子的散射因子P(θ)接近于1。显然，要解决这一问题就必须使用波长较短的光。但是，在生物、医学中最感兴趣的物质——蛋白质和核酸，其对波长低于3000A的光就出现强烈吸收，而在2000Å以下时，几乎被包括水和空气在内的所有物质吸收。因此，在这个范围内的很大一个频谱区至今还不能利用。直到X射线范围(1.5Å左右)，物质一般才重新变得“透明”。 但这里的散射已与光散射有很大不同，在可见光中处于次要地位的干涉效应，在此却起着支配作用，同样也遵从Bragg定律

λ=2dsinθ

式中d是散射点间的距离。最常用的X射线是铜的Kα辐射，其波长λ=1.54A。所以，对间距(d)为100A的分子，θ角为0.45°；对1000埃的间距，θ角为0.045°。因此，在这里观察和测量的，必然是极小角度内发生的现象。这使得它在技术上必定有许多严格的要求，目前许多实验室都发展了自己独特的小角测量装置。
利用X射线小角散射技术，可以获得许多关于分子参数的信息，包括回转半径，分子量，表面-体积化，溶液中粒子的水合度，纤维和大分子聚合体中的堆积排布。同时，它还可以测定作用系统的热力学参数，如聚合亚单位的聚合常数，蛋白质与溶剂体系中组份的择优作用程度等。而且，在高浓度溶液(>100mg/ml)中，X射线小角散射还可用于测定溶液中正在作用的（或局部稳定的）大分子的半径分布函数，同时也可以得到作用力的作用位势特征。在更高浓度下，逐步过渡到有序状态，X射线散射也就过渡到X射线衍射。绝对强度测量装置的不断发展，已能用于描述溶液中大分子体系的特征以及测量分子的聚合情况。在研究许多酶和复杂分子体系（如病毒）中，X射线小角散射作出了许多贡献。同时，在高聚物化学、金属物理等领域中，X射线小角散射也被广泛应用。近年来，随着中子反应堆的建立，中子小角散射引起了人们注意，并已取得一些成果。这主要产生于中子辐射的两个特点：
❶中子辐射波长可以从3Å～1000Å, 并且不被吸收，这就弥补了从紫外到X光这一部分频谱的空白，可用来研究一些大的复杂体系，如病毒、多酶复合体、核蛋白体、核小体等；
❷中子主要与原子核发生作用，因此对不同的同位素散射差异很大，由此产生一些新的方法，借此可以获得一些新的信息。如由1H和2H的散射差异，产生了反差法和选择性氘化法。前者将粒子置于氘溶液中，粒子的不同成份可与不同浓度的氘散射有等同点，这就形成一个背景，可将其它成份反衬出来。后者将粒子内的氢进行有选择的氘化，再利用已氘化的和未氘化的散射的差别来探知结构信息。在研究病毒和核蛋白体中核酸与蛋白的关系，特别是RNA的空间定位方面，这一技术已显示出独特的优点。