单晶XRD分析课件

单晶X-射线衍射

SingleCrystalX-rayDiffraction(SC-XRD)肖康SC-XRDX-射线(X-ray)晶体(Singlecrystal)X-ray的衍射(Diffraction)X-rayX-射线(X-ray)，也叫伦琴射线，1895年由德国物理学家伦琴(W.C.Röntgen)发现。19世纪末20世纪初物理学的三大发现之一(X-射线-1895年、放射线-1896年、电子-1897年)。劳埃

(MaxvanLaue,德国)布拉格父子

(W.H.Bragg,W.L.Bragg,法国)X-射线晶体结构分析得到发展：无机、有机、生物大分子…X-rayeX-ray封闭式X-光管KLMNX-射线源常用Mo靶和Cu靶常规结构测定，尤其是含有重金属的晶体结构测定通常使用Mo光源蛋白质晶体结构分析/有机物/不含重原子的有机物绝对构型测定/小和弱的衍射体，使用Cu光源Mo靶特征X-射线白色X-射线X-射线源Cu光源的散射强度=6-10倍Mo光源所以60秒Mo光源的数据收集≈10秒Cu光源数据收集Cu光源对测试小或散射弱的晶体有很大的帮助应用方向MoCu无机晶体/有机金属配合物大/超分子绝对构型（有机晶体）高压应用小/衍射弱的晶体蛋白质电子密度强吸收晶体准晶粉末但是...Cu光源的吸收效应大于Mo光源重金属

(Pt,Pb,Hg,Bi等)将导致强的吸收效应。所以，常常使用Mo光源来测试这类样品。晶体原子、分子或离子在空间按一定规律周期重复地排列的固体(周期性、长程有序)Bragg公式θθθθd光程差δ

=2dsinθ衍射条件：δ

=nλ

(n=1,2,3…)2dsinθ=nλ(n=1,2,3…)Bragg公式掠射角θ晶面间距dX-Ray波长λθX-ray衍射如何确定晶体结构(1)结构因子

晶胞中含两个原子1和2；分数坐标:(x1y1z1),(x2y2z2)；原子散射因子:f1,f2；晶胞常数:a,b,c。1和2在hkl衍射方向上的2个衍射波的合成振幅绝对值:——结构因子：衍射强度的大小

推广到q个原子:

X-ray衍射如何确定晶体结构X-ray衍射如何确定晶体结构七大晶系与十四种Bravais晶格立方四方正交六方三方单斜三斜SC-XRDdiagramSolvethestructure

CollectdataX-rayDiffractometerchemistryjudgement+12X-raysSinglecrystalDiffractionpattern研究对象：一切可以结晶的物质单晶衍射仪的组成测角仪-晶体定位平台CCD检测器-特殊设计的数码相机

拍摄X射线照片X射线源-产生X射线CCD相机图解BerilliumwindowScintillatorFibre-optictaperCCDPeltiercoolingElectronicsX-raysConvertsToGreenlightConvertstoElectronicsignal衍射实验通过数据还原获得衍射点的位置(hkl)和强度(intensity：I)。例如：HKL;I-124;3678-202;235412-4;3496X-rays衍射晶体大小<0.5mm在晶体不同的取向上收集一系列的衍射照片数据处理与结构精修结构解析Cycle2:R1=11.28%Cycle3:R1=8.49%Cycle4:R1=7.21%Cycle5:R1=5.73%(finalrefinedstructure)已收到的衍射点：

HKL;I-124;3678-202;235412-4;3496SC-XRD能得到什么？小分子蛋白质晶体结构活性位点的形状和化学结构蛋白质的三维结构/折叠120°精确的键长键角数据三维结构分支学科——化学晶体学化学晶体学ChemicalCrystallography确定分子立体结构

确定新的无机和金属有机化合物结构的主要技术广泛应用于有机物的结构尤其是立体结构的确定有机物/天然产物/药物分子的绝对构型确定确定分子结构参数

键长+/-0.001Å

键角betterthan0.1度扭曲角0.1度研究化学键性质理解固体化合物性质

建立构效关系变温/变压实验理解相变/热膨胀和其他物理性质的分子基础分支学科——生物大分子晶体学生物大分子晶体学MacromolecularCrystallography结构生物学基于结构的药物分子设计蛋白质分子的三维结构，折叠模式为药物分子设计提供蛋白质分子的结构模型Protein活性中心结构(构效关系)蛋白质3D结构/三维折叠结构如何收集(好的)衍射数据从挑选“好”的单晶样品开始……挑选晶体块状？片状？针状？…都可以！晶体形状不重要单晶Singularity一定要是“单”晶！不能是多晶，避免孪晶。挑选晶体——大小受吸收和光斑大小的限制，不一定是越大越好晶体不大于准直器直径，一般0.2-0.5mm，取决于晶体的组分和光源强度含有金属的化合物或使用铜光源时，晶体可以小些；有机化合物晶体或使用钼光源时，可以大些——外形单一颗粒，表面平整光洁凸多面体通常建议从同一批晶体中选出三颗晶体，通过衍射仪初试实验选出衍射能力最好的样品挑选晶体的一些建议提前准备好您的样品和所需工具等。使用洁净的上样工具，避免污染。尽可能将样品分为多份，以方便多次尝试。选择好适用的油—快速均匀地与晶体混合(低温实验)。尽量使用冷光源照明，以延长晶体挑选时间。请先了解您所用的显微镜的放大倍率和衍射仪的光斑大小，并照此挑选晶体样品。

——请记住，常常小晶体的质量会更好。挑选面/角清晰的晶体；避免挑选有裂缝和表面有缺陷的晶体；从簇状或薄片状晶体中分离出单颗晶体(小心处理以免损坏晶体)。将挑选好的晶体转移到合适的上样工具上—尽量少裹油、尽量减少样品转移到衍射仪上的时间、尽量减少在转移过程中对晶体的损坏。对心—确认晶体处于低温气流中，并通过一幅衍射照片来快速评估晶体质量。安装晶体一般用AB胶粘在玻璃毛细管顶端对很小晶体，可装入