Рентгеновская кристаллография

В 1913 году отец и сын, ученые Уильям Генри Брэгг и Уильям Лоуренс Брэгг заметили, что когда рентгеновские лучи падают на кристаллическое твердое тело под определенным углом, они дифрагируют и образуют узор из регулярно расположенных пятен. Это привело к развитию рентгеновской кристаллографии, которая использует это явление для определения структуры кристаллических твердых веществ, от простых ионных соединений до сложных макромолекул, таких как нуклеиновые кислоты и белки. Напомним, что дифрагированные электромагнитные волны испытывают конструктивную и деструктивную интерференцию.Это создает интерференционные картины или дифракционные картины, показывающие различную интенсивность дифрагированных волн в разных точках пространства. Рентгеновские лучи дифрагируют на электронах атомов, если атомы расположены регулярно, а длина волны рентгеновского излучения аналогична межатомному расстоянию. Когда рентгеновские лучи дифрагируют на атомах в разных плоскостях, дифрагированные волны могут совпадать или не совпадать по фазе.Это зависит от межплоскостного расстояния d и угла, под которым рентгеновские лучи падают на атомы, или угла падения, тета. Это связано с тем, что пути, по которым рентгеновские лучи проходят от источника до детектора, имеют разную длину. Если разность пути является целым числом, кратным длине волны рентгеновских лучей, рентгеновские лучи конструктивно интерферируют.Это приводит к картине из регулярно расположенных пятен дифрагированных волн, наблюдаемых Брэггом, где каждое пятно представляет собой угол дифракции, приводящий к конструктивной интерференции. Связь между углом дифракции, межплоскостным расстоянием и длиной волны рентгеновского излучения выражается уравнением Брэгга. Это соотношение дает информацию о лежащей в основе высокоупорядоченной структуре атомов в кристалле.В конечном итоге параметры решетки могут быть получены из этой информации посредством серии расчетов. Современные инструменты собирают дифракционные картины от многих различных ориентаций и используют их и интенсивность пятен для определения кристаллической структуры, которая с наибольшей вероятностью даст наблюдаемую комбинацию результатов.