Рентгеновская кристаллография - это метод, используемый для определения атомной и молекулярной структуры кристалла, при котором кристаллическая структура является причиной падающего Рентгеновский луч дифрагирует во многих определенных направлениях. Измеряя угол и интенсивность этих дифрагированных лучей, кристаллографы могут создать трехмерное изображение электронной плотности внутри кристалла. На основании этой электронной плотности можно определить среднее положение атомов в кристалле, а также их химические связи, кристаллографические препятствия и другую различную информацию.

Поскольку многие материалы могут образовывать кристаллы, например, соли, металлы, минералы, полупроводники и различные неорганические, органические и биомолекулы, рентгеновская кристаллография стала основой для разработок во многих областях науки. В первые десятилетия использования этот метод определял размер атомов, длину и тип химических связей, а также различия на атомном уровне между различными материалами, особенно минералами и сплавами. Этот метод также выявил структуру и функции многих биомолекул, включая витамины, лекарства, белки и нуклеиновые кислоты, такие как ДНК.Рентгеновская кристаллографияостается основным методом характеристики атомной структуры новых материалов и идентификации материалов, которые выглядят похожими в результате других экспериментов. Рентгеновские кристаллические структуры также могут объяснить необычные электронные или упругие свойства материалов, пролить свет на химические взаимодействия и процессы или служить основой для разработки лекарств от болезней.

Вмонокристаллический Дифракция рентгеновского излучения измерениях кристалл устанавливают на гониометре. Гониометр используется для позиционирования кристалла в выбранном направлении. Кристалл освещается тонким сфокусированным монохроматическим рентгеновским лучом, который создает дифракционную картину из регулярно расположенных точек, называемую отражением. Математический метод преобразования Фурье используется для преобразования двумерных изображений, полученных при разных ориентациях, в трехмерную модель электронной плотности внутри кристалла в сочетании с известными химическими данными образца. Если кристалл слишком мал или внутренняя структура недостаточно однородна, это может привести к ухудшению разрешения (размытию) и даже ошибке.

Рентгеновская кристаллография связана с рядом других методов определения структуры атомов. Подобные картины дифракции могут быть получены при рассеянии электронов или нейтронов, что также объясняется преобразованием Фурье. Если невозможно получить монокристалл достаточного размера, для получения менее подробной информации можно применить ряд других рентгеновских методов; Эти методы включают дифракцию волокон,порошковая дифракцияи (если образец некристаллизован) малоугловое рентгеновское рассеяние (МУРР). Если исследуемый материал получен только в виде нанокристаллического порошка или имеет плохую кристалличность, для определения атомной структуры можно применить методы электронной кристаллографии.

Для всего вышеперечисленногоДифракция рентгеновского излучения методы, рассеяние упругое; Рассеянные рентгеновские лучи имеют ту же длину волны, что и падающие рентгеновские лучи. Напротив, методы неупругого рассеяния рентгеновских лучей можно использовать для изучения возбуждения образцов, таких как плазмоны, кристаллическое поле и орбитальное возбуждение, магнетоны и фононы, а не распределения атомов.