§7.5 X射线衍射的应用

一.单晶衍射法

单晶的X射线衍射实验有照相法和衍射仪法。早期使用照相法，一般挑选一粒直径为0.1－1mm的完整晶粒，用胶液粘在玻璃毛顶端，安置在测角头上，用一张感光胶片拍下一批衍射点，通过显影、定影后测量计算出的衍射方向和衍射强度，进而计算晶胞参数，了解体系系统消光及晶体对称性等。常用的照相法有Laue法、回摆法、魏森伯法和旋进照相法等，其中Laue法采用白色X射线，其他方法采用单色X射线。由于只有当倒易点阵点与反射球相交时才有可能出现衍射线，晶体需要以一定的方式转动（Laue法除外），以使得尽量多的倒易点阵点与反射球相交，以测量到更多的衍射点。随着计算机控制技术的发展，照相法逐渐被衍射仪法取代。

图7-5-1 四圆衍射仪

X射线衍射仪包括测角仪、X射线检测器和计算机控制系统三部分，通过计算机调整晶体坐标轴和入射X射线的相对取向以及X射线检测器的位置，记录下每一衍射hkl符合衍射条件的衍射线的位置和强度。通用的单晶衍射仪为四圆衍射仪，每个圆都有一个独立的马达带动运转，由计算机控制，调节晶体定位取向，使各个hkl满足衍射条件产生衍射，并记录它的强度。四圆衍射仪的X射线检测器为单通道检测器，需要逐点记录衍射强度，收集一个晶体的所有衍射点有时需要数天甚至十数天的时间。近年来，随着X射线CCD和IP检测技术的快速发展，平面多通道检测器技术已有取代单通道检测器的趋势。CCD面检测器和IP检测器兼顾照相底片多个衍射点同时收集与四圆衍射仪计算机的自动控制的特点，是新一代的X射线衍射仪。

通过照相法或衍射仪法测定晶胞参数及各个衍射的相对强度数据后，将强度数据统一到一个相对标准上，对一系列影响强度的几何因素、物理因素加以修正后得到结构振幅值。可是，实验中仅能测得结构振幅，而不能直接测量其相位信息，因此，无法得到结构因子的数值。结构振幅和结构因子的关系为

式中ahkl称为衍射hkl的相角。因此，解决相角问题是测定晶体结构的关键一环其相角无法通过实验测定，因而解决相角问题就成了结构测定的关键。解决相角的方法可用重原子法或直接法等多种方法。

可以看出，相角问题得以解决后，利用结构振幅和相角数据，可计算电子密度函数。

结构因子可以写为如下形式：

通过Fourier逆变换，

从上式就可以求得晶胞中电子云密度图，进一步得到晶胞中的原子种类和位置，即晶体结构得以求解。

X射线单晶衍射法是晶体结构测定的主要方法，也是物质结构测定最重要的手段。除了X射线衍射之外，中子衍射、电子衍射等是X射线衍射的重要补充部分。随着同步辐射X射线源的开发、使用，X射线衍射还可以用于研究晶体表面和界面结构（即表面X射线衍射）。

结构视频（1）
    结构视频（2）