X射线普通衍射和小角度衍射有何区别
1. 概述
小角度X射线衍射和普通X射线衍射，这是X射线衍射的两个应用方向。它们的英文名称分别是Small Angle X-ray Scattering (SAXS，X射线小角度衍射)和Wide Angle X-ray Scattering (WAXS，X射线广角衍射)。无论中子衍射、电子衍射还是X射线衍射，其原理都能用布拉格定律来解释，具体的应用场合则因为入射射线的本质和被检测样品的本质不同而有所区别。
从布拉格方程： 2dsinq=nl
我们可以看到这里有三个变量：入射线经过样品时的光程差D(对于一般晶体材料，主要由面间距d决定；对于胶体颗粒，主要由颗粒电子密度起伏决定)；入射角度q和入射射线的波长l。电子衍射和普通X射线衍射的区别在于入射线本质不同；普通X射线衍射和小角度X射线衍射在于样品对光程差的贡献不同。 2. X射线衍射与电子衍射
要区分小角度X射线衍射和普通X射线衍射，我们可以先考察X射线衍射和电子衍射的区别。用厄瓦尔德倒易球描述的二者的衍射机理如图1所示。图1a表明电子波长特别小使得倒易球截得的倒易点阵为二维阵列，而所有参与衍射的晶面与电子束的夹角基本都在2°以内，或者说基本平行。例如金的晶胞参数为a=0.4078nm，200KV下的电子波长为0.00251nm，计算得金密排面(111)的衍射角q=0.205°。图1b表明X射线波长与晶体的晶胞尺寸相当，一个衍射角度一般只能激发一个晶面的衍射。为了让所有晶面参与衍射，就必须让倒易球和倒易点阵相互旋转，从而获得大角度范围的衍射谱图。
3. SAXS与WAXS
现在固定X射线波长不变，均为CuKa=0.154nm，设想如果被检测的样品不是粉晶样品，也不是大块单晶(例如单晶衬底和金属)，而是晶胞巨大的无机化合物、高分子乃至生物分子这样的具有胶体尺度的样品，常规X射线衍射能获得怎样的谱图和分析出怎样的结论呢？ 胶体尺度的样品具有如下两个性质：一是统计上各向同性，二是长程无序。人们所关心的内容已经转变为大晶胞无机化合物、高分子、生物分子的结构、固体物质的微空穴和粒子（沉淀相、溶质富集区）的大小、形状和分布等。
图1c给出了具有巨大晶胞尺寸晶体二维倒易面，X射线的倒易球在倒易原点附**展，同时和多个倒易阵点相交。从衍射几何上看，此时的情形和电子衍射非常接近，基本上也是接近零度入射就能激发衍射。但事实上，当入射角非常小的时候，X射线相干散射变得非常微弱，这一点和电子就不同了。那么，晶体结构的信息在小角度散射的情况下无法反映出来，是不是就观察不到X射线散射现象呢？事实上胶体颗粒能产生X射线小角度衍射。
应当知道，晶体结构作为X射线的衍射光栅是基于晶体中的电子与X射线相互作用这个前提的。小晶胞晶体材料中电子密度虽然也是有起伏的，也是不均匀的，但是却是周期有序的，因此在普通X射线衍射中晶体的面间距贡献了光程差。分散在溶剂中的各向同性长程无序的胶体颗粒，如中空纳米管、空心球、固体物质的微空穴和粒子（沉淀相、溶质富集区）等等电子密度却是不均匀的，因此在X射线小角度散射中不均匀的电子密度分布贡献了光程差。
不知道上述问题这样回答能否差强人意，后文给出SAXS的一点介绍以为参考。 4. 附加内容：SAXS
已经知道当入射角非常小的时候，X射线相干散射变得非常微弱，胶体颗粒对X射线散射可以这样想象：样品中的电子与入射X射线频率发生共振并发出二次相干波，发生小角度散射。
我们先考察单个小颗粒散射现象。假设图2a中的小颗粒内部两个电子具有散射角2q和一个波长的光程差。该颗粒所有电子在2q方向的光程差涵盖任一位相，总体衍射强度将为零。如果减小散射角2q，则各散射波将趋于同位相而互相加强，散射最强将发生在0度，然后按统计规律递减，如图2c中的曲线1所示。
再考虑把上述小颗粒换成直径很大的颗粒如胶体颗粒，见图2b。同样一个波长的光程差在很小的角度范围就能出现，对应的散射强度曲线将变得陡峭，如图2c中的曲线2所示。最终，那些尺寸远远大于X射线波长的颗粒将产生X射线小角度散射现象。
基于上述考虑，可以通过计算来预测任何颗粒的衍射曲线形状。反过来，根据测得的X射线小角度衍射谱，就能推知被测样品的颗粒形状、分布等信息。对于各向同性材料，必须计算每一个方向的散射然后平均。由颗粒的几何形态可推导颗粒电子密度分布函数p(r)，进而可以计算散射曲线。
对于胶体颗粒均匀分布的无限稀溶液，可以将计算结果简单叠加。
X射线小角度衍射分析的难点在于通过衍射谱推导颗粒形状、尺寸、质量乃至电子密度分布等信息。通常需要找到一个模型颗粒在实验误差范围内尽可能拟合实验曲线。拟合越精确，拟合的角度范围越大，分析工作难度越大，价值也越大。但有些参数无需模型就能通过曲线总体形态分析出来 。数据的分析属于另一个方面的内容了，需要专著来详细介绍分析方法，已经超出本人目前的能力，非常抱歉。
