くりすたる・ぐらふぁー

思ったことをつらつらと。材料学とか。専門は結晶学。

構造解析-2

前回の記事では、構造解析で何が分かるのかを中心に書きました。

そこで今回は、構造解析として主に使われている方法を述べます。

 

構造解析では主にX線回折を用いることが多いです。結晶学の歴史を遡ると、1914年、マックス・フォン・ラウエはX線を結晶に当てることで次の2つのことを発見しました。

1.試料を通過するX線の他に、ある特定の方向へ散乱するX線があること

2.X線が散乱される方向が結晶によって異なること

そもそも結晶構造が分かっていなかった状態で、X線の散乱方向が結晶によってことなることをどのようにして分かったのかは不明ですが

 

出典:IUCr発行PDF http://www.iycr2014.org/__data/assets/pdf_file/0004/98590/220914_Japanese-rev.pdf

 

後に散乱方向や散乱強度が定式化されます。すると今度は散乱された方向と強度から逆算して元の構造を求める試みがなされます。これがX線散乱を元にした構造解析です。

 

現在どのように行われているかというと、無機材料であれば0.001~0.01mm立方の結晶をピンの先に付け、単一の波長のX線を当てて散乱像を検出器に記録します。有機物であればもっと大きな結晶を使ったかと思います。

 

この散乱像だけで各原子の位置や割合が求まります。そもそもどの原子がいるのかについては別の手段で既に分かっていることが多いので、この段階であまり議論にはなりません。

 

なお、この散乱(回折)については東北大学の高村仁先生による資料が非常に分かりやすいので是非。

http://ceram.material.tohoku.ac.jp/~takamura/class/crystal/crystal.html

 

次の記事では、X線が散乱する方向や位置がどのように決まるのかを含めて数式を含めた説明ができればと思います。