利用X射线通过晶体时产生的衍射图像来测定晶体结构的方法。其特点是只需要少量样品，且对样品无损伤和消耗，可得到晶体的组成方式、原子在三维空间的分布等信息。原理组成晶体的原子在三维空间作规则的排列，X射线是一种波长与原子间的距离（～10-8厘米）相当的电磁波，当它与晶体相遇时可产生衍射现象。根据晶体点阵及组成的不同，分别得出其特征的衍射图像。
利用X射线通过晶体时产生的衍射图像来测定晶体结构的方法。其特点是只需要少量样品，且对样品无损伤和消耗，可得到晶体的组成方式、原子在三维空间的分布等信息。
组成晶体的原子在三维空间作规则的排列，X射线是一种波长与原子间的距离（～10-8厘米）相当的电磁波，当它与晶体相遇时可产生衍射现象。根据晶体点阵及组成的不同，分别得出其特征的衍射图像。当入射线1，2投射到一组间距为d的晶面上时，在各个方向的散射线中只有当1A1′和2B2′之间的光程差（CB+BD）为入射线波长（λ）的整数倍时才能产生衍射，即：
2dsinθ=nλ
式中 θ为入射角（图1）。这就是衍射的基本方程布拉格方程。
图1 X射线晶体衍射图
X射线衍射分析大致可分为两大类，一是多晶粉末衍射分析法。以粒径为10-5～10-3毫米的.晶体粉末制成平面或细柱状试样，用粉末衍射仪或相机得到一维或二维方向上的衍射图像，用以分析样品的物相。另一种是单晶衍射分析法。以一颗尺寸约为0.5毫米的单晶体用单晶衍射仪或相机收取三维方向上的衍射图像，从衍射线的分布和强度可计算出晶体中的原子在三维空间中的分布。
X射线衍射仪一般由X射线发生器、测角仪、测量和控制系统组成，粉末衍射仪的示意图如下：
图2 X射线衍射仪示意图
由于单晶衍射可得到原子在空间的分布，由此可以表征分子的组成、键长、键角、构型、构象、氢键以及分子间的相互位置等。在研究植物的有效成分，农药以至蛋白质的微观结构以及它们与其生物活性间的关系等方面都有着其他分析测试手段难以取代的作用。
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