x射线单晶衍射仪介绍

三、检测的基本原理
1. X射线的产生 2. 晶体的X射线衍射要素
衍射方向 衍射强度
1. X射线的产生
用于晶体结构测定的X射线波长约0.5-2.5Å，与晶体内原子 间距大致相当。这种X射线，通常在真空度约10－4Pa的X 射线管内，由高压加速的电子冲击阳极金属靶产生，常用 的靶材有Cu靶，Mo靶和Fe靶。
X射线与可见光一样，有直进性、折射率小、穿透力强。 当它射到晶体上，大部分透过，小部分被吸收散射，而光 学的反射、折射极小，可忽略不计。
2.晶体的X射线衍射要素
晶体的点阵结构使晶体对X射线、中子流和电子流等产生 衍射。其中X射线法最重要，已测定了二十多万种晶体的 结构，是物质空间结构数据的主要来源。
服务领域
物质的性质诸如光学性质、磁学性质、吸附性质、电学性 质、生物分子活性及其功能都由不同层次的结构决定的， 分子的晶体结构是揭示结构与性能关系的重要因素。
二、晶体的X射线衍射发展简介
80年代，国际上已建立了五大晶体学数据库
（1）剑桥结构数据库（The Cambridge structural Database, CSD 源自文库 （英国）；
（2）蛋白质数据库（The Protein Data Bcmk PDB）（美国）； （3）无机晶体结构数据库（The Inorganic Crystal Structure
衍射强度
衍射线的强度是与被重复排列的原子团的结构，也即和原 子在晶胞中的分布状况（坐标）有关。
引入结构因子F h k l ，F(hkl)表示晶体对X-射线衍射的总效 应:
N
F hkl f j • exp[ i2 (hx j kyj lz j )] j 1
衍射强度
衍射hkl的衍射强度I hkl正比于 Fhkl 2，还与晶体对X射线
X-射线单晶衍射测试
X-ray single crystal diffractometer
报告内容
一、晶体的基本特征 二、晶体的X射线衍射发展简介 三、检测的基本原理 四、主要用途及应用领域 五、本实验室仪器型号及技术特点 六、操作基本步骤
一、晶体的基本特征
固体的聚集状态：晶态和非晶态 晶体（crystal）是一种分子（或原子）有规律的重
复排列的固体物质 单晶体：基本由同一空间点阵所贯穿形成的晶块。 如：金刚石，石英，萤石，锆晶体 多晶体：由许多很小的单晶体按不同取向聚集而成
的晶块。 如：金属，粉末试剂等
一、晶体的基本特征
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。
Database ICSD）(德国)； （4）NRCC金属晶体学数据文件库（加拿大）； （5）粉末衍射文件数据库（JCPDS-ICDD）（美国） 。
30年代测定一个普通的晶体结构要耗费数月的时间， 研究晶体需有重原子，所得的精确度相对较低。如今 只要得到大小适宜的单晶样品，不论分子是否复杂或 有无重原子，一般都能在几天内测出单晶结构，而且 精度较高。
二、晶体的X射线衍射发展简介
从晶体学的发展可分为古典和现代两个阶段。古典晶 体学阶段，确定了14种空间点阵型式，导出32种宏观 对称群，进而推导出230个空间群。1895年德国人 Roentgen发现一种穿透力极强的射线，命名为X射 线.1912年，M. Laue实现了X射线在晶体中的衍射，开 创了现代晶体学阶段。
的吸收、入射光强、温度等多种物理因素有关，考虑这些 因素衍射强度可表示为
Ihkl k • Fhkl 2
2
I hkl Fhkl
通过衍射强度数据分析，可测定晶体结构。
四、主要用途及应用领域
单晶结构分析；
全部三维信息，结构包括 原子间的键长、键角、 分子在晶体中的堆积方 式，分子在晶体中的相 互作用以及氢键关系、π －π相互作用等各种有用 信息。
从1912年至30年代，Laue、Bragg，Pauling 等对无机 化学物的晶体结构做了大量的测定工作，获得了NaCl 型、ZnS型、CsCl型、 萤石（CaF2）、黄铁矿、方 解石、尖晶石等典型晶体的精确结构数据。在此基础 上，离子晶体结构理论得到发展，Goldschmidt、 Pauling各自总结了一套离子半径。
布拉格方程
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来表示。
2 d (h k l)·sinθn = nλ
式中,θn为入射线或反射线与晶面族 之间的夹角，λ为入射X射线波长， n为反射级数。
描述晶胞结构的六个参数： a，b，c，α，β，γ
晶体结构与点阵的关系 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。
晶体结构 = 点阵 + 结构基元 七大晶系：立方，四方，斜方(正交)，三方，六方，单斜，三斜。
晶体的X射线衍射包括两个要素： 衍射方向和衍射强度
衍射方向
晶体衍射方向就是X射线射入周期性排列的晶体中的原子、 分子，产生散射后次生X射线干涉、叠加相互加强的方向。
晶体的衍射方向和晶胞的大小和形状有关，讨论衍射方向 的方程有Laue(劳埃)方程和Bragg（布拉格）方程。前者 从一维点阵出发，后者从平面点阵出发，两个方程是等效 的。
二、晶体的X射线衍射发展简介
40-50年代，开展了对有机化合物的晶体结构测定，特 别是60年代开始至现在方兴未艾的蛋白质生物大分子 结构的测定，对生命科学、环境科学、医药化学的发 展，提供了有力的工具。
60年代随着计算机的发展，计算机控制的单晶衍射仪 问世，衍射数据收集的速度、精度大大提高。四圆衍 射仪和直接法的使用，大大改变了X射线晶体学的面 貌。