小角X射线散射（SAXS） 是一种在纳米和介观尺度上获得材料结构信息的分析技术。
什么是 SAXS ?
SAXS测试几乎可以在所有样品上进行，最常用于软物质和纳米结构材料。SAXS 是聚合物、表面活性剂、胶体、蛋白质、多孔材料、纳米颗粒和纳米复合材料的主要表征技术。
可以在动态或可控的环境下对样品进行SAXS 测量，例如温度、压力、湿度、压强、浓度，得到结构和功能或响应之间的关系。
通过SAXS获取的信息?
SAXS 可以提供几乎所有材料的明确的纳米结构信息以及形态信息，例如聚合物、表面活性剂、胶体和蛋白质。
更确切地说，SAXS 表征1nm到几百个纳米的尺度，而 Ultra-SAXS可以延伸至微米级。
在下列示例中SAXS是唯一的测试工具:
- 聚烯烃中层状相尺寸的结构测定
- 嵌段共聚物，表面活性剂和分子材料的物相鉴定，包括准晶体和Frank-Kasper相
- 肥皂，洗涤剂和个人护理用品中胶束的尺寸和形状
- 用于准确测定食品、药物和个人护理产品中的添加剂的胶体尺寸
- 纳米颗粒粒径分布
在新药研发和配方中， SAXS 长期以来被用于提供溶液中蛋白质的形状分析、DNA和RNA 组装、病毒的尺寸和形状、以及所有这些的组合的信息，而这些信息无法通过蛋白质晶体学的标准方法获得。通过对比 SAXS 的结构模型来推断蛋白质和抗体的动力学。此外，可以在不断变化的条件下研究蛋白质的稳定性。
选择下列 SAXS 的应用来了解更多信息:
SAXS的原理?
以典型的实验为例，高度准直的单色X射线光束穿过厚度为1毫米的样品。
散射的X射线在一个偏离直通光束的连续散射角度上，被一个二维面探测器360度全方位角的采集到。按照惯例我们
定义散射角为2θ，，用D =2π/q表示“探测尺寸”，此时 q = 4πsin(θ)/λ，λ是X射线的波长（最典型Cu靶光源波长是
0.154nm）。
大分子组装（颗粒，片晶等）最常见的特征，是散射强度出现随q值变化的峰，表明主要尺寸在相应的D = 2π/q。通过模拟研究材料的电子密度变化来深入分析，从而得到更完善的结构信息。
SAXS的优势
SAXS 作为一个可以提供样品结构信息的重要表征技术，用来描述样品的形貌和组织结构。
由于散射对比度是由样品中固有的电子密度差异所决定的，所以SAXS实验不需要对样品进行额外的预处理，可直接在实验室进行。
只有中子的SANS（小角中子散射）技术可与之作比较，但这需要来自反应堆或散裂设施的中子源，加上同位素标记的额外工作/益处，以更大限度地提高中子散射对比度。
其他的通过电子显微镜和扫描探针显微镜直接成像的方法，但它们分别局限于研究薄样品或形貌，其样本结果并不具备统计性。
动态和静态光散射(DLS和SLS)可用于溶液的研究，但结果具有模型依赖性，且对于任何小于约0.5 µm的样品，光学波长不能提供结构分辨率。
什么是 WAXS?
如果说到 SAXS, 我们就应该提到广角X射线散射（WAXS）。
WAXS是最常见的在原子尺度分辨率上表征分子结构的技术，有时也表述为X射线衍射。 传统意义上，术语X射线衍射是描述与晶体样品相关的离散的散射，无论是单个取向的晶体，还是由小的、随机取向的晶体组合在一起的粉末。
SAXS 和WAXS的主要区别在于，WAXS测量的是X射线散射成足够大角度的信号，检测的是晶体中的原子间距和晶面间距。由于散射的X射线强度是在更高的角度测量的，所以相较于优化的SAXS仪器，专用的WAXS设备的准直和光路更紧凑。
什么是GI-SAXS（X射线的反射率）
尽管大部分SAXS样品都是用透射模式测试的，但也可采用掠入射（GI）几何，其中入射X射线光束在样品表面完全反射。在 GI-SAXS中，入射光线在表面传播，在样品内部逐渐消失（指数衰减）而被限制在表面区域。在二维探测器上观测到的散射信号，对于有机材料得到的结构信息仅限于约30nm的深度。
一旦样品按GI-SAXS对准，可以测量不同角度的镜面反射X射线的强度，从而构建X射线反射率(XRR)曲线。我们可以把XRR看作是SAXS的延伸，其中只有一个明确的表面（产生信号），而不是透射SAXS中的表面和方向上的随机排列。分析XRR可得到垂直于表面的电子密度分布图，可以用作GI-SAXS分析。
当然，掠入射条件下的散射也可以扩展到较宽的角度，适当的时候还能使用GI-WAXS；例如，测定表面膜中晶畴的晶体结构和取向。
SAXS文献
以下是涉及SAXS和常见X射线散射应用的相关参考文献:
- Basic X-Ray Scattering for Soft Matter 1st Edition, Wim H. De Jeu, Oxford
(2016)
这是对软物质的X射线散射的综述。包含文献中的范例。 - Elementary Scattering Theory: For Xray And Neutron Users 1st Edition, D.S. Sivia, Oxford
(2011)
精彩的散射介绍，从必需的数学和公式开始介绍。
- Elements of Modern X-ray Physics 2nd Edition, J. Als-Nielsen and D. McMorrow, Wiley
(2011)
进阶一点但容易理解的内容，包括更多关于散射的细节和其他互补技术，如XAFS和成像。包含具体的同步辐射应用。 - The Physics of Polymers, Concepts for Understanding Their Structures and Behavior, G.R.
Strobl, Springer (2007)
针对高分子全面的应用。尽管不是着眼于散射，但也突出表明了这是聚合物科学的主要研究工具。
我可以在哪里做SAXS实验？
得益于先进的X射线技术和软件，任何配备SAXS设备的科研机构都能够在实验室得到可发表的实验结果。此外，SAXS同步辐射线站可用于“极端”测试，如快速动力学或非常小的测量区域。
