理论部分我就不细讲了，这只是个简单的我科普介绍。

首先是我最常使用的单晶XRD。众所周知，只有缝隙、小孔或者障碍物的尺寸和波长差不多时才会发生衍射。X射线的波长范围为0.001－10纳米，其波长与成键原子之间的距离（约数十纳米）相当，因此X射线可用于研究分子的结构。

要使用单晶XRD首先是需要长出单晶。个人感受来说，长单晶是这个实验中最难的也是最玄学的部分。我个人用的比较多的长单晶的方法是液相扩散法和直接蒸发结晶。

有时候晶体长的太大也不好，大晶体往往有肉眼不可见的杂质、气泡和裂缝，甚至可能长成孪晶。一般只要肉眼可以闪闪发亮的小晶体就够了。

肉眼可见的晶体还是太大了，所以需要用显微镜切成十几微米到一两百微米的大小，然后用loop环靠硅油的张力粘上去。

显微镜

显微镜下的某个有机晶体

然后把装有晶体的loop环放在仪器上，有机晶体一般需要100K或者150K的低温冷却，通常使用液氮来冷却。这是因为X射线强度高，低温能防止晶体被破坏，以及减少分子的热运动。

X射线的来源主要有两种，一种是在常用X射线仪上使用的，通过高能电子流轰击铜靶、钼靶和液态金属镓靶产生不同波长的X射线，其中使用的CuKα的波长为1.5418Å另一种就是利用同步辐射所产生的X射线，其波长可以变化。我学校附近就有同步辐射光源，经常有人去那里做实验。

常用的仪器有bruker的双靶X射线衍射仪，一般是铜靶和钼靶，多数高校都会有，多用于无机晶体和简单的有机晶体。但我用的不多。图中就是双靶XRD。

我用的最多的是液态金属镓作为靶材的液态靶XRD仪器。优点是X射线强度高，分辨率高，可以用于复杂的有机分子和蛋白质分子，晶体小到十微米也能使用。缺点是价格高，据说目前全国只有十几台。有幸我们学校有一台，我也经常使用这台仪器测定有机分子的结构。下图就是液态靶。

放上晶体并降到足够的温度后，就可以开始衍射。产生衍射的是晶面，当光程差等于波长的整数倍时，晶面的衍射线将加强，才能看到衍射点，根据布拉格方程2dsinθ=nλ，d是晶面间距，最小能看的d可以当成这次实验的分辨率，θ是入射角，n是正整数，λ是X射线的波长。此时得到的衍射图样是倒易点阵的一部分。下图是某个有机单晶的衍射图。

这种每个衍射点都是独立分明的说明是单晶。如果单晶性差，得到的衍射就不是一个点，会有多个点同时出现，甚至出现一个衍射环，可以参考我之前的一个贴子里的图。

整个操作过程比较复杂，我就不详细讲了。经过十几分钟到一个小时的衍射就可以了（双靶会久很多），然后对数据进行积分然后还原，得到数据。一般是使用olex2进行晶体结构的解析，可以直接得到分子中每个原子的种类和位置，可以用来判断手性和绝对构型，以及判断未知的产物。单晶XRD能最直观的看到分子长什么样，比如下图甚至可以看出分子内N和H之间的氢键。