小角x射线散射原理与应用

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比表面
• Porod定理主要提示了散射强度随散射角度变化的渐 近行为。
• 它可用于判断散射体系的理想与否，以及计算不变量 Q和比表面SP等结构参数。
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•ln[I(h)h1]
Fractal Systems
•Slope=
•ln h
•Characterization of Fractal System
For mass fractal, where • 0<<3,
• it holds,that • Dm =
For surface fractal,where 3< <4
It holds, that Ds＝6 -
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SURFACE FRACTALS Different DS
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PHYSICAL METHODS FOR LIPOPROTEIN
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Characterisation of the LDL - DOT drug complexes with SAXS
•Experimental SAXS curves from LDL below
the phase transition • The peak maximum at large distances for native LDL was rmax 20.2±0.4 nm, which corresponds to the
•Intensity (counts)
•log I(q)
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Solution SAX-Scattering of Ag nanoparticles
X-ray power: 2kW (CuKα), exposure-time: 1000 s
•Background-subtracted raw-data •Guinier-Plot
•Rg = 35.5 Å
•q2
•q (Å-1)
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Distance Distribution Function — P(r)
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尼 龙 11
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•I(h)h3
Porod principle
•②
• Porod定理，如曲线①即在散 射矢量h较大值区域曲线走向
•①
趋于平行横坐标轴
•③
• 曲线②表示正偏离，这是由
•Wide - Angle – Atomic/Molecular Lattice
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•Xrays
•SAX •WAX
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为什么是电子云密度分布?
•带电粒子
•电场强度E
•带电粒子的散射强度正比于带 电粒子的加速度。对一个原子而 言：
• 带电粒子所受作用力： F=Eq=ma
•a=E*q/m
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两个电子对X射线的散射
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粒子及其互补体系的SAXS分析
定性分析： (1)体系电子密度的均匀性(不均匀才有散射)； (2)散射体的分散性(单分散或多分散，由Guinier图判定)； (3)两相界面是否明锐(对Porod或Debye定理的负偏离)； (4)每一相内电子密度的均匀性(对Porod或Debye定理的正偏离) (5)散射体的自相似性(是否有分形特征)。
electron density autocorrelation of the phospholipid headgroups and protein moiety. • Broadening of maximum peak for LDL control without significant difference in rmax value indicate
小角x射线散射原理与应用
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课程主要内容
• 小角X射线散射基础理论 • 小角X射线散射研究的几种常见体系 • 小角X质结构尺寸范围
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小角X射线散射基础理论
• 20世纪初，伦琴发现了比可见光波长小的辐射。由于对该 射线性质一无所知，伦琴将其命名为X射线 (X-ray)。
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小角X射线散射研究的几种常见体系
• 胶体分散体系(溶胶、凝胶、表面活性剂 缔合结构)
• 生物大分子(蛋白质、核酸) • 聚合物溶液，结晶取向聚合物(工业纤维
、薄膜)，嵌段聚合物 • 溶致液晶、液晶态生物膜、囊泡、脂质
体
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小角X射线散射研究的几种常见粒子体系
• Sketch maps of the typical colloid particle systems in SAXS research respectively for monodisperse and polydisperse particle systems and their complementary systems
• 到20世纪30年代，人们以固态纤维和胶态粉末为研究物质 发现了小角度X射线散射现象。
• 当X射线照射到试样上时，如果试样内部存在纳米尺度的 电子密度不均匀区，则会在入射光束周围的小角度范围内 （一般2 6º）出现散射X射线，这种现象称为X射线小 角散射或小角X射线散射（Small Angle X-ray Scattering） ，简写为SAXS 。
于体系中除散射体外还存在
电子密度不均匀区或者热密 度起伏 。
•h2 •Schematic description for Porod
• 曲线③表示负偏离，这是由 principle and its deviations
于两相间界面模糊，存在弥 散的过渡层 。
• 过渡层的厚度E为 （为界面 厚度参数 ）：
定量分析： 散射体尺寸分布、平均尺度、回转半径、相关距离、平均壁厚、 散射体体积分数、比表面、平均界面层厚度、分形维数等。
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Guinier Law
•Scattering curve
•Radius of Gyration
•1/R
•q
•Guinier 范围
•R ... Measure of particle size
•p
• 如左图所示，入射方向与散
射方向夹角为2θ。
• 散射矢量
•o
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散射强度
•散射强度
•X射线辐照体积
•相关函数
•散射矢量 •电子云密度起伏
•散射体间距
• SAXS用于数埃至数百埃尺度的电子密度不均匀区的定性和定量分析 ；
• 系统的电子密度起伏（△）决定其小角散射的强弱；
• 相关函数(r)决定着散射强度的分布。
• 其物理实质在于散射体和周围介质的电子云密度的差异。 • SAXS已成为研究亚微米级固态或液态结构的有力工具。
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SAX与WAX的区别
•Bragg equation ：
•Small – Angle : Supramolecular Envelope
•Small
•Large
•Large d
•Small d