X光散射技術

X光散射技術或X射線繞射技術（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。這些技術都是以觀測X射線穿過樣品後的散射強度為基礎，並根據散射角度、極化度和入射X光波長對實驗結果進行分析。X光散射技術可在許多不同的條件下進行分析，例如不同的溫度或壓力。

這幅圖所顯示的是晶體的X光繞射花樣，所用晶體為一蛋白質晶體。圖中的每一個黑點反映為一個繞射點，這些繞射點是由被晶體散射的X光相互干涉而形成。

發明

該方法是由馬克斯·馮·勞厄於1912年發明的，他因而獲得諾貝爾物理學獎。

原理

X光的本質是一種電磁波，而電磁波能夠發生繞射，即繞開障礙物傳播。該方法利用的就是這個原理。之所以採用X光，是因為X光的波長與大多數分子或者晶胞大小相差不多，能夠在分子或晶體的微觀結構中發生繞射，同時也會被分子或者晶胞吸收一部分，而且穿透力適中，從而可以類似於穿透式電子顯微鏡那樣，通過接收經過分子之後的X光，而得到清晰的圖譜。

X光繞射技術

X光繞射（X-ray diffraction）技術可以用於研究分子的構象或形態。X光繞射技術是基於X光在穿過長程有序物質所發生的彈性散射。「繞射動力學理論」對晶體的散射現象給出了更為複雜的描述。以下列出的是X光繞射的相關技術：

• 單晶X射線繞射：用於解析晶態物質中分子的整體結構，研究範圍可以從小的無機小分子到複雜的大分子，如蛋白質；可用單色性X光（德拜法）或連續波長X光（即「勞厄法」）進行研究。
• 粉末繞射：也是一種獲得晶體（微晶）結構的方法，所用樣品為多晶態或粉末固態晶體。粉末繞射通常用於鑑定未知物質，主要通過將繞射數據與繞射數據國際中心（International Centre for Diffraction Data，ICDD）中的繞射資料庫進行比較。這一技術或可用於鑑定非均一態的固體混合物，確定其中含量相對豐富的晶態物質；而且，當與網格修正技術（如Rietveld修正）連用時，還可以提供未知物質的結構資訊。粉末繞射也是確定晶態物質晶系的常用方法，並可用於測定晶體顆粒的大小。
• 薄膜繞射。
• X射線極圖分析：用於分析和測定晶態薄膜樣品中晶態方位。
• X射線回擺曲線分析法：用於定量測量晶態物質的粒度大小和鑲嵌度散布。

散射技術

彈性散射

即使是非晶態物質（非長程有序），也可能可以用依賴於單色性X光的彈性散射的方法來研究：

• 小角X射線散射：在散射角2θ接近0°時，對樣品的X射線散射強度進行測量，以獲取納米到微米量級上的分子結構資訊。
• X射線反射率：用於分析和測定單層或多層薄膜的厚度、粗糙度和密度。
• 廣角X射線散射：測量散射角2θ大於5°。

非彈性散射

當非彈性散射的X射線的能量和角度被監測時，相關的散射技術就可以用於探測物質的能帶結構：

• 康普頓散射。
• 共振非彈性X射線散射。
• X射線拉曼散射。

實際應用

本方法對於化學和生物學的發展有著極大的貢獻。至2013年為止，通過此方法進行科研而獲得諾貝爾獎的科學家，就至少有6人。他們是

1. 1914年，馬克斯·馮·勞厄（德國），獲得諾貝爾物理學獎。
2. 1915年，布拉格父子（英國），獲得諾貝爾物理學獎。
3. 1936年，彼得·德拜（英國/荷蘭），獲得諾貝爾化學獎。
4. 1962年，奧森等3人，獲得諾貝爾生理學或醫學獎。
5. 1964年，艾倫·勞埃德·霍奇金（英國/埃及），諾貝爾化學獎。
6. 1985年，赫伯特·豪普特曼等3人，諾貝爾化學獎。

單晶解析

1970年開始，喬治·謝爾德里克開發用於晶體解析的SHELX軟體，廣受歡迎。

參見

• X射線晶體學

外部連結

• 國際晶體學聯合會（International Union of Crystallography）
• X光繞射分析儀
• X光繞射
• X射線繞射法-豆丁網 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）