اصل پراش اشعه ایکس

کریستالوگرافی اشعه ایکس تکنیکی است که برای تعیین ساختار اتمی و مولکولی یک کریستال استفاده می شود، جایی که ساختار کریستالی باعث بروز حادثه می شود. اشعه ایکس پرتو برای پراش به جهات خاص. با اندازه گیری زاویه و شدت این پرتوهای پراش، کریستالوگراف ها می توانند تصویری سه بعدی از چگالی الکترون درون کریستال تولید کنند. بر اساس این چگالی الکترون، می توان موقعیت متوسط ​​اتم ها در کریستال و همچنین پیوندهای شیمیایی، موانع کریستالوگرافی آنها و اطلاعات مختلف دیگر را تعیین کرد.

از آنجایی که بسیاری از مواد می توانند کریستال ها را تشکیل دهند - مانند نمک ها، فلزات، مواد معدنی، نیمه هادی ها و انواعی از مولکول های معدنی، آلی و زیستی - کریستالوگرافی اشعه ایکس مبنای پیشرفت در بسیاری از زمینه های علم شده است. این روش در دهه‌های اولیه استفاده، اندازه اتم‌ها، طول و نوع پیوندهای شیمیایی و تفاوت‌های سطح اتمی بین مواد مختلف، به‌ویژه مواد معدنی و آلیاژها را تعیین می‌کرد. این روش همچنین ساختار و عملکرد بسیاری از مولکول های زیستی، از جمله ویتامین ها، داروها، پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک مانند DNA را آشکار کرده است.کریستالوگرافی اشعه ایکسروش اصلی برای توصیف ساختار اتمی مواد جدید و شناسایی موادی است که با آزمایش‌های دیگر مشابه به نظر می‌رسند. ساختارهای کریستالی اشعه ایکس همچنین می توانند خواص الکترونیکی یا الاستیک غیرمعمول مواد را توضیح دهند، فعل و انفعالات و فرآیندهای شیمیایی را روشن کنند، یا به عنوان پایه ای برای طراحی داروهای ضد بیماری عمل کنند.

که درتک کریستالی پراش اشعه ایکس با اندازه گیری ها، کریستال روی یک گونیا نصب می شود. گونیا برای قرار دادن کریستال در جهت انتخاب شده استفاده می شود. کریستال با یک پرتو تک رنگ پرتو ایکس با تمرکز ظریف روشن می شود که یک الگوی پراش از نقاط با فاصله منظم ایجاد می کند که بازتاب نامیده می شود. روش ریاضی تبدیل فوریه برای تبدیل تصاویر دو بعدی گرفته شده در جهت های مختلف به یک مدل سه بعدی از چگالی الکترون درون کریستال، همراه با داده های شیمیایی شناخته شده نمونه استفاده می شود. اگر کریستال خیلی کوچک باشد یا ساختار داخلی به اندازه کافی یکنواخت نباشد، ممکن است منجر به وضوح (تار) و حتی خطا شود.

کریستالوگرافی اشعه ایکس با چندین روش دیگر برای تعیین ساختار اتم ها مرتبط است. الگوهای پراش مشابهی را می توان با پراکندگی الکترون ها یا نوترون ها تولید کرد که با تبدیل فوریه نیز توضیح داده می شود. اگر نتوان یک کریستال با اندازه کافی به دست آورد، می توان از انواع روش های اشعه ایکس دیگر برای به دست آوردن اطلاعات با جزئیات کمتر استفاده کرد. این روش ها شامل پراش فیبر،پراش پودر، و (اگر نمونه غیر متبلور باشد) پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک (SAXS). در صورتی که ماده مورد مطالعه فقط به صورت پودر نانوبلور بدست آید یا بلورینگی ضعیفی داشته باشد، می توان از روش های کریستالوگرافی الکترونیکی برای تعیین ساختار اتمی استفاده کرد.

برای همه موارد فوقپراش اشعه ایکس روش ها، پراکندگی الاستیک است. طول موج پرتوهای ایکس پراکنده برابر با پرتوهای ایکس فرودی است. در مقابل، روش‌های پراکندگی غیرکشسانی اشعه ایکس را می‌توان برای مطالعه برانگیختگی نمونه‌ها، مانند پلاسمون‌ها، میدان کریستالی و تحریک مداری، مگنتون‌ها و فونون‌ها، به جای توزیع اتم‌ها استفاده کرد.