X射線單晶衍射儀如何揭秘分子三維結構？

　　X射線單晶衍射儀通過X射線與晶體中規則排列原子的相互作用，結合精密儀器與數學計算，揭示分子三維結構，其原理與流程如下：

　　核心原理：X射線衍射與布拉格方程

　　當單色X射線（如銅靶的CuKα輻射）照射到單晶體上時，晶體中規則排列的原子間距與X射線波長數量級相當，原子散射的X射線發生干涉，在特定方向（滿足布拉格方程nλ=2dsinθ的方向）產生強衍射。其中，λ為X射線波長，d為晶面間距，θ為入射角，n為衍射級數。衍射方向與晶體結構直接相關，每種晶體產生獨特的衍射花樣。

　　關鍵步驟：從衍射數據到三維結構

　　數據采集：

　　儀器通過高精度測角儀（如四圓衍射儀）控制晶體旋轉，使不同晶面依次滿足衍射條件。探測器（如光子計數型CCD）捕獲衍射信號，記錄衍射點的位置和強度，形成包含晶體結構信息的二維衍射圖。

　　數學反演：

　　衍射點強度與原子在晶胞中的分布相關。通過傅里葉變換，將衍射數據轉換為晶胞內電子密度的三維分布圖。原子位置對應電子密度峰值，從而確定原子坐標、鍵長、鍵角等參數。

　　結構驗證與優化：

　　結合化學鍵信息（如鍵長范圍）和對稱性分析，修正初始結構模型，最終確定分子的精確三維構型。

　　技術優勢與應用場景

　　原子級分辨率：可精確測定原子位置，揭示分子立體構型、手性及晶體堆積方式。

　　廣泛適用性：從簡單無機物到復雜生物大分子（如蛋白質-配體復合物），均可通過該技術解析結構。

　　關鍵應用：在藥物開發中，該技術可確定藥物晶型、優化分子設計；在材料科學中，助力設計具有特定性能的金屬有機框架（MOF）或共價有機框架（COF）材料。