X光散射技术

(重定向自X射线衍射

X光散射技术X射线衍射技术(英語:X-ray scattering techniques)是一系列常用的非破壞性分析技術,可用於揭示物質的晶體結構、化學組成以及物理性質。这些技术都是以观测X射线穿过样品后的散射强度为基础,并根据散射角度、极化度和入射X光波长对实验结果进行分析。X光散射技术可在許多不同的條件下進行分析,例如不同的溫度壓力

这幅图所显示的是晶体的X光衍射花样,所用晶体为一蛋白质晶体。图中的每一个黑点反映为一个衍射点,这些衍射点是由被晶体散射的X光相互干涉而形成。

发明编辑

该方法是由马克斯·冯·劳厄于1912年发明的,他因而获得诺贝尔物理学奖。

原理编辑

X光的本质是一种电磁波,而电磁波能够发生衍射,即绕开障碍物传播。该方法利用的就是这个原理。之所以采用X光,是因为X光的波长与大多数分子或者晶胞大小相差不多,能够在分子或晶体的微观结构中发生衍射,同时也会被分子或者晶胞吸收一部分,而且穿透力适中,从而可以类似于穿透式电子显微镜那样,通过接收经过分子之后的X光,而得到清晰的图谱

X光繞射技术编辑

X光繞射(X-ray diffraction)技术可以用于研究分子构象或形态。X光繞射技术是基于X光在穿过长程有序物质所发生的弹性散射。“繞射动力学理论”对晶体的散射现象给出了更为复杂的描述[1]。以下列出的是X光繞射的相关技术:

  • 单晶X射线繞射:用于解析晶态物质中分子的整体结构,研究范围可以从小的无机小分子到复杂的大分子,如蛋白质;可用单色性X光(德拜法)或连续波长X光(即“劳厄法”)进行研究。
  • 粉末衍射:也是一种获得晶体(微晶)结构的方法,所用样品为多晶态或粉末固态晶体。粉末繞射通常用于鉴定未知物质,主要通过将衍射数据与繞射数据国际中心(International Centre for Diffraction Data,ICDD)中的繞射数据库进行比较。这一技术或可用于鉴定非均一态的固体混合物,确定其中含量相对丰富的晶态物质;而且,当与网格修正技术(如Rietveld修正)连用时,还可以提供未知物质的结构信息。粉末繞射也是确定晶态物质晶系的常用方法,并可用于测定晶体颗粒的大小。
  • 薄膜繞射。
  • X射线极图分析:用于分析和测定晶态薄膜样品中晶态方位。
  • X射线回摆曲线分析法:用于定量测量晶态物质的粒度大小和镶嵌度散布。

散射技术编辑

弹性散射编辑

即使是非晶态物质(非长程有序),也可能可以用依赖于单色性X光的弹性散射的方法来研究:

非弹性散射编辑

非弹性散射的X射线的能量和角度被监测时,相关的散射技术就可以用于探测物质的能带结构

实际应用编辑

本方法对于化学和生物学的发展有着极大的贡献。至2013年为止,通过此方法进行科研而获得诺贝尔奖的科学家,就至少有6人。他们是

  1. 1914年,马克斯·冯·劳厄德国),获得诺贝尔物理学奖
  2. 1915年,布拉格父子英国),获得诺贝尔物理学奖
  3. 1936年,德拜英国/荷兰),获得诺贝尔化学奖
  4. 1962年,奥森等3人,获得诺贝尔生理学或医学奖
  5. 1964年,霍奇金英国/埃及),诺贝尔化学奖
  6. 1985年,豪普特曼等3人,诺贝尔化学奖

参考文献编辑

  1. ^ (英文)Azároff, L. V.; R. Kaplow, N. Kato, R. J. Weiss, A. J. C. Wilson, R. A. Young. X-ray diffraction. McGraw-Hill. 1974. 
  2. ^ (英文)Glatter, O.; O. Kratky. Small Angle X-ray Scattering. Academic Press. 1982 [2008-01-24]. (原始内容存档于2012-02-11). 
  3. ^ (英文) Holy, V. et al. Phys. Rev. B. 47, 15896 (1993).

參見编辑

外部連結编辑