當一束單色X射線照射到晶體上時，晶體中原子周圍的電子受X射線周期變化的電場作用而振動，從而使每個電子都變為發射球面電磁波的次生波源。所發射球面波的頻率與入射的X射線相一致。基于晶體結構的周期性，晶體中各個原子（原子上的電子）的散射波可相互干涉而疊加，稱之為相干散射或衍射。X射線在晶體中的衍射現象，實質上是大量原子散射波相互干涉的結果。每種晶體所產生的衍射花樣都反映出晶體內部的原子分布規律。
X射線衍射儀XRD主要部件包括4部分：
（1）高穩定度X射線源提供測量所需的X射線，改變X射線管陽極靶材質可改變X射線的波長，調節陽極電壓可控制X射線源的強度。
（2）樣品及樣品位置取向的調整機構系統樣品須是單晶、粉末、多晶或微晶的固體塊。
（3）射線檢測器檢測衍射強度或同時檢測衍射方向，通過儀器測量記錄系統或計算機處理系統可以得到多晶衍射圖譜數據。
（4）衍射圖的處理分析系統現代X射線衍射儀都附帶安裝有專用衍射圖處理分析軟件的計算機系統，它們的特點是自動化和智能化。
X射線衍射儀XRD進行定性分析時可以得到下列信息：
A.根據XRD譜圖信息，可以確定樣品是無定型還是晶體：無定型樣品為大包峰，沒有精細譜峰結構；晶體則有豐富的譜線特征。把樣品中強峰的強度和標準物質的進行對比，可以定性知道樣品的結晶度。
B.通過與標準譜圖進行對比，可以知道所測樣品由哪些物相組成（XRD主要的用途之一）。基本原理：晶態物質組成元素或基團如果不相同或其結構有差異，它們的衍射譜圖在衍射峰數目、角度位置、相對強度以及衍射峰形上會顯現出差異（基于布拉格方程，后面會詳細解析）。
C.通過實測樣品和標準譜圖值的差別，可以定性分析晶胞是否膨脹或者收縮的問題，因為XRD的峰位置可以確定晶胞的大小和形狀。
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