【汇旺担保】单晶X射线衍射

[拼音]:danjing X shexian yanshe

[英文]:X-ray diffraction by a single crystal

利用单晶体对 X射线的衍射效应来测定晶体结构的实验方法。依照强度记录方式的不同,可分为照相法和衍射仪法两类(见彩图)。

照相法

使射线作用在胶片上,然后测量底片上衍射点的黑度来获得衍射线的强度资料,根据实验装置和条件的差别,又分为多种方法。

劳厄照相法

用连续波长的 X射线照射到静止不动的单晶体上,通常采用平板底片,所摄得的衍射图称为劳厄图。劳厄图常用来测定晶体的对称性和用于晶体的定向等。

转动照相法

单波长的 X射线垂直照射到不停地转动著的单晶体上,底片捲成圆筒状并使其轴线与晶体的转轴重合。若转轴与晶体的某一晶轴(假定是 c轴)平行,则衍射线分布在如图1a

所示的一系列圆锥面上,衍射图展平后如图1b所示,图中衍射点排列成一系列平行的层线。利用转动图中的层线间距可算出晶格引数(见点阵),若晶体的c轴与转动轴一致,则c轴长可由下式求得:

式中λ为X射线的波长;r为圆筒形底片的半径;yn为第n层层线和零层线的距离。对于结构简单的晶体,转动法可用于测定其晶体结构;但对于较复杂的结构,转动法就有困难,这是因为同一层线的衍射点分布密集,不利于衍射点的指标化和强度测量。

回摆照相法

实验条件和装置与转动法基本一样,差别在于照相过程中,晶体只在选定的角度范围内来回摆动。这样可以避免同一层线上衍射点的重叠。但要摄取多套回摆图,才能收集完整的衍射资料。回摆照相法若配上计算机,自动测量衍射点强度和指标化,则有相当的优越性。目前广泛用于蛋白质的结构分析,与四圆衍射仪比较,可节省衍射实验的时间。

韦森堡照相法

同一层线的衍射点是由不同晶面在晶体转动的不同时刻反射得到的,若在晶体转动时,让带动晶体摆动的马达通过涡轮涡杆同时使底片圆筒左右来回摆动,就可将原在同一层线的衍射点分开,这类方法称为运动底片法。韦森堡照相法是运动底片法的一种,其装置如图2所示。晶体的转轴和感光胶片圆筒均水平安放,在晶体与底片之间有一个层线屏,以便将其他层的衍射线遮住,只让某一层线的衍射线射到底片上,这类衍射图如图3所示。

韦森堡图既可用来确定晶体的微观对称性和晶格引数,又可较方便地进行衍射点的指标化和测量强度,因而在四圆衍射仪被广泛使用之前,它是测定晶体结构的重要方法之一。

单晶衍射仪法

此法用射线计数仪直接记录射线的强度。单晶衍射仪有线性衍射仪、四圆衍射仪和韦森堡衍射仪等,其中以四圆衍射仪(图4),(见彩图)最为通用。所谓四圆是指晶体和计数器借以调节方位的四个圆,分别称为φ圆、χ圆、w圆和2θ圆。φ圆是安装晶体的测角头转动的圆;χ圆是支撑测角头的垂直圆,测角头可在此圆上运动;w圆是使χ圆绕垂直轴转动的圆,2θ圆与w圆共轴,计数器绕著这个轴转动。这四个圆中,w圆、φ圆和χ圆用于调节晶体的取向,使某一指定的晶面满足衍射条件,同时调节2θ圆,使衍射线进入计数器中。通常,四圆衍射仪配用电子计算机自动控制和记录,可以精确测定晶格引数,并将衍射点的强度资料依次自动收集,简化了实验过程,而且大大提高了资料的精确度。因此,它已成为当前晶体结构分析中强有力的工具。

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