まずは、Ｘ線分析法から。これってよく聞くよね？もう名前の通り。そうＸ線を使って物質を解析しちゃおう！！って分析法です。まずは、Ｘってなんぞや？って事。これは電磁波の一種。電磁波ってなんだろう？っていうと、平たく言うと光。身近なものでは紫外線、可視光線、赤外線、宇宙波、ラジオ波ｅｔｃってやつですわ。Ｘ線っていうのは波長がとっても短いやつら。１００ｎｍ〜１ｎｍくらいの波長です。ｎっていうのは１０-9の事だね。だから、１ｍｍのさらに１０００分の１の１μｍのさらに１０００分の１の大きさの波長です。も〜〜〜〜〜〜〜のすげぇちっさいわけっす。電磁波のエネルギーはＥ＝ｈνであらわされ、ｈは定数だから一定。νは周波数の事。ヘルツってやつですな。簡単に言って、１秒に何サイクルしますか？って事。さらに光速ｃ＝λνって式が光には成り立つので、光速は真空中では一定なわけだから、λが大きくなれば大きくなるほどνは小さくなるって事だよね？このλが波長だ。つまり、波長が大きければ大きいほど、νの周波数は小さくなる。νが小さいって事は、エネルギーは小さいって事だよね？式を変形してつなげてあげると・・・・Ｅ＝ｈｃ÷λって事だよね？ね。λっていう波長が小さくなればなるほど、エネルギーは大きくなるよね？現にＸ線やγ線なんかは浴びると被爆しちゃったりするよね？紫外線だって発癌性があるよね。細胞を破壊したりします。逆にラジオ波や赤外線、可視光線は全然平気だよね？これが電磁波ってやつです。波長が小さいほど強力だと言うことを覚えて置こう。
このＸ線を利用して物質を分析するんだね。原理的にはまず、真空中タングステンフィルムを加熱してあげると、熱電子が発生するんだ。これを高い電圧で加速してあげると、電子だから陽極に向かう。ここに、金属を置いておくと（例えばモリブデンや銅）金属の原子核に近い電子が出される。すると、原子核から離れた外側の電子は内側の方が安定だから、そっち側へ向かうんだね。これは水が高いところから低いところへ行くのと同じだね。ここで、原子の性質として、電子がある一定のエネルギーの値を取るときは、電子は原子核に吸い寄せられてくっつかないって性質があるんだ。この性質のおかげで世界中、宇宙中の原子は全部がブラックホールにならずにすんでいるんだね。だから、より安定な所に移るためには、今までとっていたエネルギーよりも低いエネルギーにならないといけない。つまり、余分なものを捨てないといけないんだ。人間だったら余分な脂肪は運動したりして消費するけど、電子は光として放出するんだ。だからこのときに放出したエネルギーをΔＥとすると、ΔＥ＝ｈｃ÷λの式を満たすλの波長の光がピッカ〜〜〜ン！！と出るわけだね。
さてさて、ここで出た光をＸ線結晶解析では結晶に当てるんだ。Ｘ線は非常に波長が小さいから、結晶って原子がいくつかくっついたもので（コップにパチンコ球を入れた所を想像して欲しい）間に隙間があるんだ。基本的にＸ線は小さいからすり抜けちゃうのがほとんど。実際結晶ってパチンコ球が入ったコップよりスカスカなのだ（これはさっきも言ったとおり、電子が固有の値を取っているときは、電子が原子核にくっつかないで、一定の空間をもって広がっているため綿とかスポンジみたいになっているからなのだ。この光を放出し尽くして、電子が原子核にくっついちゃうと、密度が異常に大きいブラックホールのような状態になっちゃうのだ）。だけど、いくらスカスカだからっていって、空いている時間帯にも関わらず車は事故ってしまうように、原子にぶつかっちゃうＸ線も存在する。これらはそのまま吸収されたり、散乱、回折などを起こす。これって結晶の形によって全く違ってくるよね？例えば、いっぱい詰まった結晶であれば、たくさん吸収、回折、散乱が起こるし、スカスカだったらあんまり起こらないわけだ。これを利用してどんな結晶ですか？どんな物質ですか？って事を調べてあげるのがＸ線結晶解析。
この図のちょっと大きめの●が原子だと思って下さい。この結晶と結晶の間は赤いラインの「ｄ」の距離となります。Ｘ線の入射角をピンクのθとすると、灰色のラインはｄ（ｓｉｎθ）の長さになります。これは２本あるので２ｄ（ｓｉｎθ）の長さになります。これは上のＸ線よりも「ｄ」の距離だけ下の所で跳ね返ったＸ線は２ｄ（ｓｉｎθ）だけ長いという事になります。波は山同士がくっつくと強めあう性質がありますよね？だから、この２ｄ（ｓｉｎθ）の整数倍が成り立つとき波は強めあうという事になります。つまり、Ｘ線を検出器でとらえればピークとして得られると言うことになります。結晶はそれぞれ固有の結合距離を持っていますので、それぞれ違ったパターンが得られ、同じ結晶であれば、同じ結晶構造なので同じパターンが得られると言うことになります。つまり、これは同じ分子の同じ結晶であるのか？と言うことがわかります。このことから、同じ分子でも違った結晶構造を取るもの。例えば鉄、硫酸銅と硫酸銅水和物などを判別する事が可能なのです。