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1、X射线晶体结构分析X-Ray Crystal Structure Analysis-A way to Nobel Prize课程介绍X射线晶体结构分析 晶体及其微观结构是固体世界最主要的内涵之一。自100多年前伦琴发现X射线以来，X射线就成了人们研究晶体结构最主要的方法之一。本课程主要介绍用X射线进行单晶晶体结构分析的基本原理和方法。包括晶体几何学基础理论，倒易点阵与晶体衍射方向，单晶衍射数据的收集及衍射强度与空间群的测定等主要部分。Thomas A. Steite, USAVenkatraman Ramakrishnan, IndiaAda E. Yonath, Israeli Nobel

2、Prize winners associated with crystallography (41 scientists in 25 years)2011 Chemistry- Daniel Shechtman (Israeli), discovery of quasicrystals2009 Chemistry-V. Ramakrishnan, T.A. Steitz, A.E. Yonath: Studies of the structure and function of the ribosome 2006 Chemistry-R.D. Kornberg: Studies of the

3、molecular basis of eukaryotic transcription2003 Chemistry-R. MacKinnon: Potassium channels1997 Chemistry-P.D. Boyer, J.E. Walker, J.C. Skou: Elucidation of the enzymatic mechanism underlying the synthesis of adenosine triphosphate (ATP) and discovery of an ion-transporting enzyme1996 Chemistry-R.Cur

4、l, H. Kroto, R. Smalley: Discovery of the fullerene form of carbon1994 Physics-C. Shull and N. Brockhouse: Neutron diffraction1992 Physics-G. Charpak: Discovery of the multi wire proportional chamber1991 Physics-P.-G. de Gennes: Methods of discovering order in simple systems can be applied to polyme

5、rs and liquid crystals1988 Chemistry-J. Deisenhofer, R. Huber, H. Michel: For the determination of the three-dimensional structure of a photosynthetic reaction centre1985 Chemistry-H. Hauptman and J. Karle: Development of direct methods for the determination of crystal structures1982 Chemistry-A. Kl

6、ug: Development of crystallographic electron microscopy and discovery of the structure of biologically important nucleic acid“protein complexes1976 Chemistry-W.N. b: Structure of boranes1972 Chemistry-C.B. Anfinsen: Folding of protein chains1964 Chemistry-D. Hodgkin: Structure of many biochemical su

7、bstances including Vitamin B121962 Physiology or Medicine-F. Crick, J. Watson, M. Wilkins: The helical structure of DNA1962 Chemistry-J.C. Kendrew, M. Perutz: For their studies of the structures of globular proteins1954 Chemistry-L.C. Pauling: For his research into the nature of the chemical bond an

8、d its application to the elucidation of the structure of complex substances1946 Chemistry-J.B. Sumner: For his discovery that enzymes can be crystallised1937 Physics-C.J. Davisson and G. Thompson: Diffraction of electrons by crystals1936 Chemistry-Petrus (Peter) Josephus Wilhelmus Debye: For his con

9、tributions to our knowledge of molecular structure through his investigations on dipole moments and on the diffraction of X-rays and electrons in gases1929 Physics-L.-V. de Broglie: The wave nature of the electron1917 Physics-Charles Glover Barkla: Discovery of the characteristic Rntgen radiation of

10、 the elements 1915 Physics-W.H. Bragg and W.L. Bragg: Use of X-rays to determine crystal structure (William Lawrence Bragg, 31.3.1890-1st.7.1971, 25-year-old, the youngest Nobel winner)1914 Physics-M. Von Laue: Diffraction of X-rays by crystals1901 Physics-W.C. Rntgen: Discovery of X-rays课程介绍X射线晶体结构

11、分析 晶体及其微观结构是固体世界最主要的内涵之一。自100多年前伦琴发现X射线以来，X射线就成了人们研究晶体结构最主要的方法之一。本课程主要介绍用X射线进行单晶晶体结构分析的基本原理和方法。包括晶体几何学基础理论，倒易点阵与晶体衍射方向，单晶衍射数据的收集及衍射强度与空间群的测定等主要部分。课程介绍X射线晶体结构分析 要求学生重点掌握劳埃衍射方程和布拉格衍射方程，倒易点阵和反射球的概念。掌握回摆照相、华圣堡照相和旋进照相的原理；倒易点阵坐标与底片坐标的关系，照片测量、指标化、晶体学参数的测定；系统消光与确定空间群的方法与原理。最终使学生达到能够较为独立地从事X射线晶体学一般研究和工作的专门人才

12、。课程介绍X射线晶体结构分析讲课22学时照片测量与解读9学时读书报告4学时考试1学时讲课内容：晶体几何学基础（4学时）倒易点阵与晶体衍射方向（4学时）单晶衍射数据测定（8学时）衍射强度与空间群的测定（6学时）读书报告 （准晶体）（4学时）课程介绍X射线晶体结构分析实习内容：照片解读与测量回摆照相（3学时）华圣堡照相（3学时）旋进照相（3学时）考试（1学时）课程介绍X射线晶体结构分析参考书X射线晶体学晶体结构分析基本理论及实验技术，马喆生、施倪承编著；中国地质大学出版社，1995晶体结构测定，周公度，科学出版社，1980International Tables for X-ray crystal

13、lography, Vol: I, II. Lonsdale, K. (ed.), 1952，1987，1995X-ray Crystallography晶体几何学基础X射线晶体结构分析晶体结构的对称性对称是晶体的基本结构特征，没有对称，就没有结晶学。晶体宏观对称要素与微观对称要素的区别点：1、晶体宏观对称操作是绕某一点的操作；2、平移对称操作是晶体微观对称的基本操作；3、前者没有平移对称操作。对称操作晶体几何学平移晶体结构中，某种几何图形（原子或分子的排列和取向）周期性的规则重复性。当重复周期为整倍数时，叫有公度的，当重复不为整倍数时，称为无公度的。旋转晶体结构中，某种几何图形绕某个轴旋转某

14、个基本角而重复的对称操作。反映由镜面反射投影使晶体结构中某种几何图形重复的对称操作。反伸晶体结构中某种几何图形由某点反向延伸产生重复的对称操作。对称操作晶体几何学复合对称操作由基本对称操作组合而成。螺旋轴旋转平移的组合。滑移面反映平移的组合。旋转反伸轴旋转反伸的组合。旋转对称操作晶体几何学反映对称操作晶体几何学反伸对称操作晶体几何学螺旋对称操作晶体几何学滑移对称操作晶体几何学滑移对称操作晶体几何学滑移对称操作晶体几何学abc旋转反伸对称操作晶体几何学与整倍平移共存的5种旋转轴ABCDxxtgamtBDmtt+2xxtsingmtt2tsing t2tsin(a90) t2tcosam12cos

15、acosa(1m)/2垂直于屏幕面的以a为基转角的对称轴；t为平移长度。tt与整倍平移共存的5种旋转轴ABCDxxtgamt垂直于屏幕面的以a为基转角的对称轴；t为平移长度。ttcosa(1m)/2由于|cosa|1，可得：m-1,0,1,2和3。推算出的m、a、n此图形中有几种对称要素？点群晶体几何学晶体宏观对称要素的组合称为点对称要素。点对称要素的组合规律：1：LnP(|) LnnP2：LnL2()Lnn L23：Ln(偶)P()LnPC4：LniLniC5： LniP(|)LniP2()Lni L2() P(|)22nn：包含点群晶体几何学三维点对称要素（旋转、反映、反伸、旋转反伸）的组

16、合称为点群（不存在平移操作），共有32个点群。空间格子（点阵）晶体几何学晶体中存在的可重复的最小平行六面体称为晶格或格子或空间格子。点阵的定向原则右手系立方点阵基向量|4次轴；六方点阵基向量|6次轴；棱面体点阵正定向：负定向：四方点阵c | 4次轴；a、b为相互垂直的2次轴；斜方点阵a、b、c为相互垂直的3个2次轴；单斜点阵b |2次轴； c |2次轴；三斜点阵仅可用约化晶胞表示。空间格子（点阵）特点立方点阵P、I、F三种；三、六方点阵只有P及R两种；四方点阵只有P、I两种；斜方点阵有P、C、I及F；单斜点阵AC（a、c轴可以互换）；B可以选为P；I、 F可以选为A及C。标准定向中，只有P、C

17、两种。三斜点阵不存在带心点阵。P：原始格子；I：体心格子；F：面心格子；A、B、C：底心格子；R：菱形格子空间格子（点阵）特点cbaabcbbB=PcbaabcbbI=AA为第一套格子，a为第二套格子空间格子（点阵）特点FCcbaabcggC=Pcbaabcbb空间群组合规律晶体几何学空间群晶体内部对称要素的组合。空间群对称要素的组合规律：（1）平移组合规律：旋转轴必|点阵行列， 点阵平面；点阵中，某节点有对称轴所有点阵点都有对称轴；对称面在点阵中必|点阵平面， 点阵行列。（2） a间距为d的反映面组合垂直与它们的平移行列，t2d。（3）相交90的对称面，交线对称轴：两面 交线为2次轴；b对称

18、面竖直滑移面21轴；c两竖直滑移面（滑移方向|交线方向） 交线为2轴； d,e反映面与水平滑移面相交，在1/4t处 2轴； f,g 2滑移面之一是水平滑移面时，在水平滑移方向1/4t处 21轴。（4）带心点阵组合规律：空间群组合规律晶体几何学（4）带心点阵组合规律：底心点阵：（a）h有底心平面的反映面滑移面| 反映面，间隔为1/4t；（b）i有竖直方向的滑移面与它|的n滑移面，间隔1/4t ；侧心点阵：（a）j有a轴方向的反映面mm 反映面包含n滑移面，它们相互重合；（b）k有a轴方向的b滑移面b滑移面包含c滑移面，它们相互重合；面心点阵：为3维的底心点阵，适合与底心点阵的组合规律， d滑移面；体心点阵：（a）l有对称面m，在平行它的方向n，间隔为 1/4t ；（