Difraksi Sinar-X (XRD) adalah teknik definitif untuk menentukan struktur kristal, komposisi fase, dan sifat mikrostruktural material padat. Teknik ini memanfaatkan interferensi konstruktif dari sinar-X monokromatik yang dihamburkan oleh susunan periodik atom dalam kisi kristal. XRD sangat diperlukan dalam ilmu material, geologi, farmasi, dan kimia keadaan padat untuk mengidentifikasi fase kristalin yang tidak diketahui dan mengkuantifikasi kelimpahan relatifnya.
Hubungan fundamental yang mengatur XRD adalah hukum Bragg: nλ = 2d sinθ, di mana n adalah bilangan bulat (orde difraksi), λ adalah panjang gelombang sinar-X, d adalah jarak antar bidang kisi kristal, dan θ adalah sudut datang. Ketika berkas sinar-X monokromatik mengenai sampel kristalin pada sudut θ, sinar-X yang dihamburkan dari bidang kristal yang berurutan berinterferensi secara konstruktif hanya ketika perbedaan panjang jalur sama dengan kelipatan bilangan bulat dari panjang gelombang. Setiap himpunan bidang kristal (hkl) menghasilkan puncak difraksi pada sudut 2θ tertentu.
Kisi kristal terdiri dari susunan tiga dimensi berulang dari atom, ion, atau molekul yang ditentukan oleh parameter sel satuan (a, b, c; α, β, γ). Posisi dan intensitas puncak difraksi menyandi geometri kisi, sementara intensitas relatif menyandi posisi atom (faktor struktur). XRD serbuk mengukur sampel polikristalin di mana semua orientasi kristalit hadir secara simultan, menghasilkan difraktogram intensitas terhadap 2θ. XRD kristal tunggal mengukur satu kristal yang terbentuk dengan baik dan memberikan penentuan struktur tiga dimensi lengkap, termasuk panjang dan sudut ikatan.
Identifikasi fase dilakukan dengan membandingkan pola difraksi terukur terhadap pola referensi dalam basis data seperti Powder Diffraction File (PDF) dari International Centre for Diffraction Data (ICDD). Perangkat lunak pencocokan pencarian modern mengotomatiskan proses ini, mengidentifikasi fase berdasarkan posisi puncak khas dan intensitas relatifnya. Analisis fase kuantitatif menggunakan metode pemurnian Rietveld, yang menyesuaikan pola terhitung (berdasarkan model struktur kristal) dengan pola teramati melalui optimasi kuadrat terkecil dari parameter struktural, mikrostruktural, dan instrumental.
Persamaan Scherrer menghubungkan pelebaran puncak difraksi dengan ukuran kristalit rata-rata (ukuran domain hamburan koheren): τ = Kλ / (β cosθ), di mana τ adalah ukuran kristalit, K adalah faktor bentuk (~0,9), dan β adalah lebar penuh pada setengah maksimum (FWHM) puncak dalam radian. Analisis pelebaran puncak juga digunakan untuk menilai regangan mikro. XRD menemukan aplikasi luas dalam skrining polimorf farmasi (bentuk kristal yang berbeda dari obat yang sama dapat memiliki kelarutan dan bioavailabilitas yang berbeda), mineralogi lempung (mengidentifikasi lempung yang dapat mengembang), kimia semen (kuantifikasi fase klinker), dan analisis kegagalan (produk korosi dan identifikasi fase lapisan tipis).
