X射线晶体衍射x-shexian jingti yanshe

以x射线为光源，以晶体为衍射光栅所产生的衍射。x射线是一种电磁波，其波长大约为10-¹⁰米的数量级，而晶体中原子间的距离也在这一量级。由于晶体中的原子排列是规则的，并且形成晶面簇，所以晶体可以作为三维的衍射光栅。事实上，x射线晶体衍射是晶体对x射线的弹性散射。当一束x射线照射到晶体上时，散射的x射线是由所有的原子产生的。每个原子都作为一个散射中心向外发射球面状态的散射波。由于晶体原子的排列是有规则的，所以从所有原子发出的散射波，在某些方向上是同位相的，并产生相长干涉，在其余方向上则产生相消干涉，于是，来自晶体的散射x射线的强度在不同方向上呈现极大和极小。这种散射强度在空间方向上的变化图称为晶体结构的衍射花样，它们是由样品中原子的种类和它们的排列情况决定的。对于简单的结构，其原子排列能很容易地从衍射花样推论出来。
产生衍射极大的方向满足劳厄(Von Laue)方程。设晶体的单位晶胞矢量为a₁、a₂、a₃,x射线入射方向上的单位矢量为So，波长为λ，则x射线被三维晶体点阵衍射，产生衍射极大值的方向满足下列条件

a₁·(s-s0)=hλ,
a₂·(s-s0)=kλ,
a₃·(s-s₀)=lλ,

式中，s为衍射极大值方向上的单位矢量，h、k、l为正整数。这三个方程称为劳厄方程，又称为x射线衍射的劳厄条件。x射线晶体衍射的衍射极大值方向也可以用布喇格(W.L.Bragg)方程来预言。当x射线入射到晶体上时，晶体对x射线的衍射如同x射线受到晶体中各点阵平面簇的镜面反射一样，来自同一平面的反射x射线具有相同的位相。但每个平面只反射入射光的10^-3～10^-5部分。当来自相邻两平行平面的反射光的位相相同(光程差为x射线波长的整数倍)时，即

2d_hklsinθ=nλ

便产生相长干涉。式中d_hkl是晶体中密勒指数为(hkl)的某点阵平面簇的晶面间距，n为衍射级数，λ为入射x射线的波长，θ为衍射光束与点阵平面的夹角，称为布喇格角，如图所示为布喇格反射（晶面垂直于纸面）。这个方程称为布喇格方程，又称为布喇格定律。布喇格方程和劳厄方程是等效的，都表示产生衍射极大的条件。x射线晶体衍射是研究固体结构的常用方法。其实验仪器主要包括四个部分：x射线源、样品架、测角系统和x射线记录系统。有两种探测衍射x射线的方法，即照相法和衍射仪法。根据研究对象及目的的不同，x射线衍射实验有许多种方法，比较常见的有：粉末照相法、衍射仪法、劳厄法和转晶法。

X射线晶体衍射

X射线的波长与晶体中原子或离子排列的三维空间点阵的周期具有同一数量级，因此晶体可以起到X射线的衍射光栅的作用，使X射线发生干扰现象，形成衍射图象，可摄象或记录下来。根据布来格(Bragg)公式，nλ/2sinθ=d_hkl，式中n为正整数，λ为波长，θ为衍射角，d_hkl为结晶的平面间距离，每一结晶有其特异性的衍射图型。由衍射峰的强度及峰间距离可进行定性定量分析。样品可以用粉末状或单晶，前者用于鉴定，后者用于确定分子中各原子的相对排列位置和原子间距离，从而得出物质的化学结构。由于在此过程中，需进行大量运算，现均使用电子计算机处理，可以在短时间内完成。有些药物的晶型与疗效有密切关系，所以本法在药物分析和质量控制中日益受到重视。