单晶XRD分析ppt课件

1、单晶X-射线衍射Single Crystal X-ray Diffraction (SC-XRD),肖 康,SC-XRD,X-射线 (X-ray),晶体 (Single crystal),X-ray的衍射 (Diffraction),X-ray,X-射线(X-ray)，也叫伦琴射线，1895年由德国物理学家伦琴(W. C. Rntgen)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 (Max van Laue, 德国),布拉格 父子 (W. H. Bragg, W. L. Bragg, 法国)

2、,X-射线晶体结构分析得到发展：无机、有机、生物大分子,X-ray,e,X-ray,封闭式X-光管,K,L,M,N,X-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,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。

3、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,d,光程差 = 2dsin,衍射条件： = n (n=1, 2, 3),2dsin = n (n=1, 2, 3),Bragg公式,掠射角 晶面间距 d X-Ray波长 ,X-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-r

4、ay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-XRD diagram,Solve the structure,Collect data,X-ray Diffractometer,chemistry judgement,+,1,2,X-rays,Single crystal,Diffraction pattern,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,Berillium windo

5、w,Scintillator,Fibre-optic taper,CCD,Peltier cooling,Electronics,X-rays,Converts To Green light,Converts to Electronic signal,衍射实验,X-rays,衍射,晶体大小0.5 mm,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,Cycle 2 : R1 = 11.28%,Cycle 3 : R1 = 8.49%,Cycle 4 : R1 = 7.21%,Cycle 5 : R1 = 5.73% (final refined structure),已收

6、到的衍射点： H K L ; I,-1 2 4 ; 3678,-2 0 2 ; 2354,1 2 -4 ; 3496,SC-XRD能得到什么？,小分子,蛋白质晶体结构,三维结构,分支学科化学晶体学,化学晶体学 Chemical Crystallography,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 +/- 0.001 键角 better than 0.1 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

7、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 Macromolecular Crystallography,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,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0.2-0.5 mm，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，

8、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，可装入毛管内 易风化、水解、氧化的晶