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X射线单晶体衍射仪 百科名片 X射线单晶体衍射仪 X射线单晶体衍射仪(X-ray single crystal diffractometer,简写为XRD)。本仪器分析的对象是一粒单晶体，如一粒砂糖或一粒盐。在一粒单晶体中原子或原子团均是周期排列的。将X射线（如Cu的Kα辐射）射到一粒单晶体上会发生衍射，由对衍射线的分析可以解析出原子在晶体中的排列规律，也即解出晶体的结构。物质或由其构成的材料的性能是与晶体的结构密切相关的，如金刚石和石墨都是由纯的碳构成的，由于它们的晶体结构不同就有着截然不同的性质。 目录 晶体衍射的基本公式 对实验的要求和实验仪器 对实验的基本要求 实验仪器 回摆法 四圆衍射仪法 衍射数据的处理——晶体结构的解析 一般步骤 派特逊函数的定义 结构的精修 结构的表达 生物大分子结构的测定 分子取代法 重原子同晶置换法 反常散射法 应用 可能的发展方向 数据的积累 各种生物大分子结构的测定 结构与性能关系的研究与应用 解生物大分子结构方法的发展 单晶体结构分析实验方法的发展 同步辐射 晶体衍射的基本公式 对实验的要求和实验仪器 对实验的基本要求 实验仪器 回摆法 四圆衍射仪法 衍射数据的处理——晶体结构的解析 一般步骤 派特逊函数的定义 结构的精修 结构的表达 生物大分子结构的测定 分子取代法 重原子同晶置换法 反常散射法 应用 可能的发展方向 数据的积累 各种生物大分子结构的测定 结构与性能关系的研究与应用 解生物大分子结构方法的发展 单晶体结构分析实验方法的发展 同步辐射 展开 编辑本段晶体衍射的基本公式 　　由于晶体中原子是周期排列的，其周期性可用点阵表示。而一个三维点阵可简单地用一个由八个相邻点构成的平行六面体（称晶胞）在三维方向重复得到。一个晶胞形状由它的三个边（a,b,c）及它们间的夹角（γ，α，β）所规定，这六个参数称点阵参数或晶胞参数,见图1。这样一个三维点阵也可以看成是许多相同的平面点阵平行等距排列而成的，这样一族平面点阵称为一个平面点阵族，常用符号HKL（HKL为整数）来表示。一个三维空间点阵划分为平面点阵族的方式是很多的，其平面点阵的构造和面间距d可以是不同的。晶体结构的周期性就可以由这一组dHKL来表示。 　　一个小晶体衍射X射线，其衍射方向是与晶体的周期性（d）有关的。一个衍射总可找到一个晶面族HKL，使它与入射线在此面族上符合反射关系，就以此面族的符号HKL作为此衍射之指数。其间关系用布拉格方程（式1）来表示。 　　2dHKLsinθHKL=nλ （1） 　　式中,θHKL为入射线或反射线与晶面族之间的夹角(见图2)，λ为入射X射线波长，n为反射级数。 　　衍射线的强度是与被重复排列的原子团的结构，也即和原子在晶胞中的分布装况（坐标）有关，其间的关系由方程式（2）表示 　　式中, E称为累积能量，I0为入射线强度，e, m为电子的电荷与质量，c为光速，λ为X射线波长，Vu为晶胞体积，称洛仑兹偏振（LP）因子，|F|为结构振幅，e-2MT为温度因子，A为吸收因子，V为小单晶体的体积，ω为样品的转速，其中结构因子 　　=|FHKL|eiαHKL （3） 　　式中, fj, xj,yj,zj 分别为第j个原子的原子散射因子及它在晶胞中的分数坐标（以晶胞边长为1）。n为晶胞中的原子数。αHKL为HKL衍射的相角。从此式可知衍射线强度是与各原子在晶胞中的位置（即结构）有关的，故反过来可从衍射线强度的分析解出晶胞中各原子的位置，即晶体结构。其方法是 （4） 　　通过晶胞中的电子密度ρ（x,y,z）的计算。 　　故若知各衍射的FHKL, 就可按（4）式计算晶胞的三维电子密度图。原子所在处电子密度应该很高，故依此可定出原子在晶胞中位置，得出晶体结构。但是从衍射强度获得的是结构振幅|F|，|F|与F之间的关系见式（3）。如何求得各HKL衍射的相角αHKL就成为X射线单晶衍射解晶体结构的关键。 编辑本段对实验的要求和实验仪器 对实验的基本要求 　　要按式（4）来求解晶体结构，就要有尽可能多的衍射的FHKL，而且其值要准确, 这样所得的ρ(x,y,z)分辨率就高，求得的结构就准确。一粒小晶体衍射的X射线是射向整个空间的。具有大的HKL，也即大θ或小d值的衍射的强度一般比较低，不易测得。如何在三维空间测得尽可能多的，尽可能准确的衍射线强度成为对X射线单晶体衍射仪的基本要求。 实验仪器 　　若将一束单色X射线射到一粒静止的单晶体上，入射线与晶粒内的各晶面族都有一定的交角θ，其中只有很少数的晶面能符合布拉格公式而发生衍射。如何才能使各晶面族都发生衍射呢？最常用的方法就是转动晶体。转动中各晶面族时刻改变着与入射线