小角X線散乱

小角X線散乱（SAXS）は、試料中のナノスケール密度差を定量化できる小角散乱技術です。つまり、ナノ粒子のサイズ分布を決定したり、（単分散）高分子のサイズと形状を解像したり、部分的に秩序化された材料の細孔サイズと特徴的な距離を決定したりできます。^{[ 1 ]}これは、材料を通過するX線の弾性散乱挙動を分析し、小さな角度（通常0.1～10°、そのため名前に「小角」と付いています）での散乱を記録することによって実現されます。これは、小角中性子散乱とともに小角散乱（SAS）技術のファミリーに属し、通常は波長0.07～0.2 nmの硬X線を使用して行われます。明瞭な散乱信号を記録できる角度範囲に応じて、SAXS は 1 ～ 100 nm の寸法の構造情報、および部分的に秩序だったシステムでは最大 150 nm の繰り返し距離を提供できます。^{[ 2 ]} USAXS (超小角 X 線散乱) はさらに大きな寸法を分解できます。^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}記録される角度が小さいほど、プローブされるオブジェクトの寸法が大きくなります。  

SAXSとUSAXSは、材料の特性評価に使用されるX線散乱技術のファミリーに属します。タンパク質などの生体高分子の場合、結晶学に対するSAXSの利点は、結晶サンプルが不要であることです。さらに、SAXSの特性により、これらの分子のコンフォメーションの多様性を調査できます。^{[ 6 ]}核磁気共鳴分光法は、分子量が大きい（> 30～40 kDa）高分子で問題に直面します。しかし、溶解または部分的に秩序だった分子のランダムな配向により、空間平均化により、結晶学と比較してSAXSでは情報が失われます。

SAXSは、平均粒子サイズ、形状、分布、表面積対体積比などのパラメータに関して、粒子系のミクロスケールまたはナノスケール構造を決定するために使用されます。^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}材料は固体または液体であり、同じまたは別の材料の固体、液体、または気体のドメイン（いわゆる粒子）を任意の組み合わせで含むことができます。粒子だけでなく、ラメラなどの秩序だったシステムの構造や、フラクタルのような材料も研究できます。この方法は正確で非破壊的であり、通常は最小限のサンプル準備しか必要としません。用途は非常に幅広く、ポリ電解質複合体を含むあらゆる種類のコロイド^{[ 11 ] [ 12 ] [13][ 14 ] 、 [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]、ミセル} [ 18 ^{] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]、マイクロ}ゲル^{[ 23 ]} 、リポソーム^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]} 、ポリマーソーム^{[ 27 ] [ 28 ]}、金属、セメント、油、ポリマー[ ^{29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] 、}プラスチック、タンパク質[ ^{33 ] [ 34 ] 、}食品および医薬品が含まれ、研究だけでなく品質管理にも見られます。X線源は、実験室の光源またはより高いX線束を提供するシンクロトロン光です。

SAXS装置では、単色X線ビームが試料に照射され、一部のX線は散乱しますが、大部分は試料と相互作用することなくそのまま通過します。散乱されたX線は散乱パターンを形成し、これは通常、試料の後ろ、試料に最初に照射された主ビームの方向に対して垂直に配置された2次元平面X線検出器で検出されます。この散乱パターンには、試料の構造に関する情報が含まれています。SAXS装置で克服しなければならない主な問題は、弱い散乱強度を強い主ビームから分離することです。目的の角度が小さいほど、これは難しくなります。この問題は、太陽コロナのように太陽の近くにある弱い放射の天体を観測しようとする際に遭遇する問題に似ています。月が主光源を遮った場合にのみ、コロナが見えるようになります。同様に、SAXSでは、試料を通過するだけの非散乱ビームを遮断する必要がありますが、すぐ近くにある散乱放射線は遮断してはいけません。利用可能なX線源のほとんどは発散ビームを生成するため、問題がさらに複雑化する。原理的にはビームを集束させることでこの問題は克服できるが、X線を扱う場合、これは容易ではなく、大型の湾曲ミラーを使用できるシンクロトロンを除いて、これまで行われてこなかった。そのため、ほとんどの実験室用小角X線散乱装置はコリメーションに頼っている。実験室用SAXS装置は、点コリメーション装置と線コリメーション装置の2つの主要なグループに分類できる。

市販の実験室用SAXS装置は、アントンパール（オーストリア）、ブルカーAXS（ドイツ）、マルバーン・パナリティカル（オランダ）、リガク株式会社（日本）、ゼノックス（フランス）など、複数のグローバルメーカーによって開発・供給されている。

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