粉末衍射

粉末衍射是一种使用X射线、中子或电子衍射对粉末或微晶样品进行结构表征的科学技术。专门用于执行此类粉末测量的仪器称为粉末衍射仪。

粉末衍射与单晶衍射技术形成鲜明对比，后者对单个井井有条的晶体效果最佳。

相对于其他分析方法，粉末衍射可以快速，无损地分析多组分混合物，而无需进行大量样品制备。这使世界各地的实验室能够快速分析未知材料并在冶金、矿物学、化学、法医学、考古学、凝聚态物理以及生物和制药科学等领域进行材料表征。通过将衍射图样与已知标准或数据库进行比较来进行识别，例如国际衍射数据中心的粉末衍射文件（PDF）或剑桥结构数据库（CSD）。硬件和软件的进步，特别是改进的光学器件和快速检测器，极大地提高了该技术的分析能力，尤其是相对于分析速度而言。

该技术所基于的基本物理学为平面间距的测量提供了高精度和准确性，有时甚至达到了Ångström的几分之一，从而导致在专利，刑事案件和其他执法领域经常使用的权威性标识。分析多相材料的能力还可以分析材料在特定基质（例如，药片、电路板、机械焊缝、地质岩心采样、水泥和混凝土或历史涂料中发现的颜料）之间如何相互作用。该方法在历史上一直用于矿物的识别和分类，但是只要知道或可以构造合适的参考图案，它就可以用于几乎任何材料，甚至是无定形材料。

尽管仅凭粉末X射线数据即可解决晶体结构，但其单晶类似物是一种更强大的结构确定技术。这直接与以下事实有关：信息由于3D空间塌陷到1D轴而丢失。然而，粉末X射线衍射本身就是一种强大而有用的技术。它主要用于表征和识别阶段，以及完善已知结构的细节，而不是求解未知结构。

该技术的优点是：

• 样品制备简单
• 测量速度
• 分析混合相（例如土壤样品）的能力
• “原位”结构确定

相反，众所周知，大型单晶的生长和安装非常困难。实际上，尽管有许多尝试，但对于许多材料，尚未证明不可能获得单晶。可以容易地获得许多具有足够微晶度的粉末衍射材料，或者可以轻松地从较大的晶体中研磨样品。在通常旨在合成新材料的固态化学领域中，通常不能立即获得其单晶。因此，粉末衍射是识别和表征该领域新材料的最有效方法之一。

特别是对于中子衍射，由于散射截面相对较弱，因此需要比X射线衍射更大的样本，使用大样本的能力可能至关重要，尽管正在建造更新和更出色的中子源可能会改变这种状况。

由于同时测量所有可能的晶体取向，因此即使对于小且散射较弱的样品，采集时间也可能非常短。这不仅方便，而且对于本质上不稳定或在X射线或中子轰击下不稳定的样品，或对于时间分辨的研究也可能是必不可少的。对于后者，希望具有强辐射源。因此，同步加速器辐射和现代中子源的出现为振兴粉末衍射场做了很多工作，因为现在可以通过时间分辨粉末衍射研究与温度有关的变化，反应动力学等。