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X線結晶学 エックスせんけっしょうがくX-ray crystallography

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典の解説

X線結晶学
エックスせんけっしょうがく
X-ray crystallography

結晶性物質に照射させたX 線の回折から結晶構造を研究する物理学の分野。結晶では原子,分子,イオンなどが規則的に格子配列し,その間隔がX 線の波長 ( 10-7~10-12m ) と同程度であるので,X 線は結晶の格子面で回折されて特定の方向に強い回折線を生じる。この回折模様から結晶の構造が知られる。 1912年 M. T. F. von ラウエラウエ斑点と呼ばれる回折像を得た。同年 W. H. ブラッグ,L. ブラッグの父子が結晶に関するブラッグの条件を導き,13年X 線分光器を開発して単色X 線による鮮明な回折像を撮影し,岩塩やダイヤモンドの結晶構造を解析した。また結晶粉末ではデバイ=シェラー環と呼ばれる環状回折像が得られることから大部分の固体は多結晶質であることが判明した。X 線結晶学は単純な結晶を扱う物理学,鉱物学に対する寄与だけでなく,複雑な無機および有機化合物の構造の定量的な決定,化学組成の直接決定,分子の絶対配列の決定など,構造化学の進歩に貢献している。またビタミン B12ミオグロビンやヘモグロビンなどの蛋白質の解析は医学,生理学に寄与するところが大きい。

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栄養・生化学辞典の解説

X線結晶学

 X線,電子線,中性子線散乱・回折の現象を研究対象とし,それらによって物質構造の研究を行う学問分野.

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日本大百科全書(ニッポニカ)の解説

X線結晶学
えっくすせんけっしょうがく
X-ray crystallography

結晶とX線との相互作用、とくに結晶によるX線の散乱および回折現象とその応用について研究する結晶学の1分野。X線の散乱、回折理論、X線回折による結晶構造の解析あるいは物質の分析などの分野がある。X線結晶学の発展は、それまでの巨視的な結晶学を一変させた。
 X線は数ナノメートル以下程度の波長の電磁波であり、原子に入射すると原子内の電子を強制振動させ、その結果、入射X線と同じ波長のX線を全方向に放射する。一方、結晶中における近接原子間の距離は100ピコメートル程度の大きさである。このため、結晶に入射したX線は、原子内の電子との相互作用で全方向に散乱されるが、結晶内に規則的に配列している原子が回折格子の役割を果たし、その格子によって回折されたX線だけが結晶外部へ放射される。
 結晶によるX線の回折は1912年にドイツのラウエによって初めて観測され、ついでイギリスのブラッグ父子、デバイ(オランダ生まれ。アメリカに帰化)らによって研究が発展し、結晶内の原子配列が観測によって決定されるようになり、その成果は、物理学、化学、鉱物学はもちろん、生物学的に重要なタンパク質や核酸(DNA)などの物質の構造解析によって、生物学にも大きな影響を及ぼしている。X線結晶学が飛躍したのには、電子計算機の進歩に負うところが大きく、X線回折測定の自動迅速化と簡単な構造解析には比較的小型の計算機が活用され、測定結果の多量迅速計算には大型計算機が利用されている。 結晶によるX線の回折は、ブラッグの回折条件によると理解しやすい。結晶内の原子は任意の格子面 (h k l) 上に配列している。その面間隔をdhklとするとき、角度θで入射した波長λのX線は、次の条件に適合するときに位相が合致して反射される。
  2dhkl sinθnλ (n=1,2,3,……)
通常観測されるのはn=1の反射である。面間隔は格子定数によって定まり、反射されるX線の強度は単位胞中の原子の種類や位置などの関数となる。多くの(通常は数百から数千個)dhklに対応する反射強度を測定し、関数関係に従って計算を行うと、原子の位置を決めることができる。[岩本振武]

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