單晶X射線衍射是利用單晶體對 X射線的衍射效應來測定晶體結構的實驗方法。依照強度記錄方式的不同，可分為照相法和衍射儀法兩類。
基本介紹
- 中文名：單晶X射線衍射
- 外文名：Single crystal X-ray diffraction
- 學科：材料工程
- 領域：工程技術
- 方法：照相法和衍射儀法
簡介,X射線衍射的基本原理,回擺照相法,韋森堡照相法,單晶衍射儀法,
簡介
照相法使射線作用在膠片上，然後測量底片上衍射點的黑度來獲得衍射線的強度數據，根據實驗裝置和條件的差別，又分為多種方法。
勞厄照相法用連續波長的 X射線照射到靜止不動的單晶體上，通常採用平板底片，所攝得的衍射圖稱為勞厄圖。勞厄圖常用來測定晶體的對稱性和用於晶體的定向等。
X射線衍射的基本原理
1912年，勞厄等人根據理論預見，證實了晶體材料中相距幾十到幾百皮米（pm）的原子是周期性排列的；這個周期排列的原子結構可以成為X射線衍射的“衍射光柵”；X射線具有波動特性，是波長為幾十到幾百皮米的電磁波，並具有衍射的能力。這一實驗成為X射線衍射學的第一個里程碑。當一束單色X射線入射到晶體時，由於晶體是由原子規則排列成的晶胞組成，這些規則排列的原子間距離與入射X射線波長有X射線衍射分析相同數量級，故由不同原子散射的X射線相互干涉，在某些特殊方向上產生強X射線衍射，衍射線在空間分布的方位和強度，與晶體結構密切相關，每種晶體所產生的衍射花樣都反映出該晶體內部的原子分配規律。這就是X射線衍射的基本原理。
回擺照相法
實驗條件和裝置與轉動法基本一樣，差別在於照相過程中，晶體只在選定的角度範圍內來回擺動。這樣可以避免同一層線上衍射點的重疊。但要攝取多套回擺圖，才能收集完整的衍射數據。回擺照相法若配上計算機，自動測量衍射點強度和指標化，則有相當的優越性。廣泛用於蛋白質的結構分析，與四圓衍射儀比較，可節省衍射實驗的時間。
韋森堡照相法
同一層線的衍射點是由不同晶面在晶體轉動的不同時刻反射得到的，若在晶體轉動時，讓帶動晶體擺動的馬達通過渦輪渦桿同時使底片圓筒左右來回擺動，就可將原在同一層線的衍射點分開，這類方法稱為運動底片法。韋森堡照相法是運動底片法的一種，其裝置如圖2所示。晶體的轉軸和感光膠片圓筒均水平安放，在晶體與底片之間有一個層線屏，以便將其他層的衍射線遮住，只讓某一層線的衍射線射到底片上，這類衍射圖如圖3所示。
一系列圓錐面上，衍射圖展平後如圖1b所示，圖中衍射點排列成一系列平行的層線。利用轉動圖中的層線間距可算出晶格參數，若晶體的c軸與轉動軸一致。
韋森堡圖既可用來確定晶體的微觀對稱性和晶格參數，又可較方便地進行衍射點的指標化和測量強度，因而在四圓衍射儀被廣泛使用之前，它是測定晶體結構的重要方法之一。
單晶衍射儀法
此法用射線計數儀直接記錄射線的強度。單晶衍射儀有線性衍射儀、四圓衍射儀和韋森堡衍射儀等，其中以四圓衍射儀(圖4)，最為通用。所謂四圓是指晶體和計數器藉以調節方位的四個圓，分別稱為φ圓、圓、w圓和2θ圓。φ圓是安裝晶體的測角頭轉動的圓；圓是支撐測角頭的垂直圓，測角頭可在此圓上運動；w圓是使圓繞垂直軸轉動的圓，2θ圓與w圓共軸，計數器繞著這個軸轉動。這四個圓中，w圓、φ圓和圓用於調節晶體的取向，使某一指定的晶面滿足衍射條件，同時調節2θ圓，使衍射線進入計數器中。通常，四圓衍射儀配用電子計算機自動控制和記錄，可以精確測定晶格參數，並將衍射點的強度數據依次自動收集，簡化了實驗過程，而且大大提高了數據的精確度。因此，它已成為當前晶體結構分析中強有力的工具。
