粉末X線回折測定法 (Powder X-Ray Diffraction, PXRD)

粉末X線回折測定法は、結晶性物質の構造を解析するために広く用いられる手法で、粉末状の試料にX線を照射し、結晶の原子配列によるX線の回折現象を観測する方法である。この手法を用いることで、結晶構造や物質の結晶性、結晶粒サイズ、さらには多形の同定などが可能となる。

1. 測定の原理

粉末X線回折測定法は、ブラッグの法則に基づいている：

nλ=2dsinθ

• n: 回折の次数（通常1）
• λ: 入射X線の波長
• d: 結晶面間隔
• θ: 回折角

この法則に従い、結晶中の原子面が特定の条件でX線を回折し、その回折パターンを検出することで結晶情報を得る。

2. 測定手順

1. 試料準備:
   • 結晶性物質を微細な粉末状にする。
   • 均一な分布になるように試料を整える。
2. X線照射:
   • 試料に単色X線を照射する。
3. 回折パターンの検出:
   • 試料から放出された回折X線を検出器で測定し、回折強度を回折角（2θ）の関数として記録する。
4. データ解析:
   • 得られた回折パターンから、物質の結晶構造、結晶性、多形、結晶粒サイズ、格子定数などを解析する。

3. 粉末X線回折の特徴

• 試料形状: 単結晶が不要で、粉末試料で解析が可能。
• 非破壊分析: 試料を破壊せずに測定できる。
• 多結晶解析: 粉末試料は無数のランダムな結晶配向を持つため、すべての結晶面からの回折が観測される。

4. 得られる情報

1. 結晶構造解析:
   • 結晶格子の種類（立方晶系、六方晶系など）。
   • 格子定数や単位格子の構造。
2. 結晶性評価:
   • 鋭いピークが得られる場合は結晶性が高いことを示す。
   • ブロードなピークは結晶性が低い、またはアモルファス性を示す。
3. 多形の同定:
   • 同じ化学組成を持つ異なる結晶形態（多形）を識別可能。
4. 混合物分析:
   • 混合物中の各成分の回折ピークを同定することで、混合割合や結晶性を評価できる。