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。