《单晶XRD分析》PPT课件.ppt

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1、单晶X-射线衍射Single Crystal X-ray Diffraction(SC-XRD)肖 康SC-XRDX-射射线线(X-ray)晶体晶体(Single crystal)X-ray的衍射的衍射(Diffraction)X-rayX-射射线线(X-ray)，也叫，也叫伦伦琴射琴射线线，1895年由德国物年由德国物理学家理学家伦伦琴琴(W.C.Rntgen)发现发现。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)X-射射线线晶体晶体结

2、结构分析得到构分析得到发发展：无机、有机、生物大分子展：无机、有机、生物大分子X-rayeX-ray封闭式X-光管KLMNX-射线源常用常用Mo靶和靶和Cu靶靶常规结构测定，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靶靶特征X-射线白色X-射线X-射线源Cu 光源的散射强度光源的散射强度=6-10 倍倍Mo光源光源所以所以 60秒秒Mo光源的数据收集光源的数据收集 10秒秒Cu光源数据收集光源数据收集Cu光源对测试小或散射弱的晶体有很大的帮助光源对测试小或散射弱的晶体有很大的帮助应用方向应用方向M

3、oCu无机晶体无机晶体/有机金属配合物有机金属配合物大大/超分子超分子绝对构型（有机晶体）绝对构型（有机晶体）高压应用高压应用小小/衍射弱的晶体衍射弱的晶体蛋白质蛋白质电子密度电子密度强吸收晶体强吸收晶体准晶准晶粉末粉末u但是但是.pCu光源的吸收效应光源的吸收效应大于大于Mo光源光源p重金属重金属(Pt,Pb,Hg,Bi 等等)将导致强的吸将导致强的吸收效应。所以，常收效应。所以，常常使用常使用Mo光源来测光源来测试这类样品。试这类样品。晶体原子、分子或离子在空原子、分子或离子在空间间按一定按一定规规律周期重复地律周期重复地排列的固体排列的固体(周期性、周期性、长长程有序程有序)Bragg公

4、式d光程差光程差=2dsin衍射条件：衍射条件：=n (n=1,2,3)2dsin=n(n=1,2,3)Bragg公式公式掠射角 晶面间距 dX-Ray波长 X-ray衍射如何确定晶体结构(1)结结构因子构因子 晶胞中含两个原子晶胞中含两个原子1和和2；分数坐；分数坐标标:(x1y1z1),(x2y2z2)；原子；原子散射因子散射因子:f1,f2；晶胞常数；晶胞常数:a,b,c。1和和2在在 hkl 衍射方向上的衍射方向上的2个个衍射波的合成振幅衍射波的合成振幅绝对值绝对值:结结构因子：衍射构因子：衍射强强度的大小度的大小 推广到推广到q个原子个原子:X-ray衍射如何确定晶体结构X-ray衍

5、射如何确定晶体结构七大晶系与十四种Bravais晶格立方立方四方四方正交正交六方六方三方三方单单斜斜三斜三斜SC-XRD diagramSolve the structure Collect data X-ray Diffractometerchemistry judgement+12X-rays Single crystalDiffraction pattern研究对象：一切可以结晶的物质研究对象：一切可以结晶的物质单晶衍射仪的组成测角仪测角仪-晶体定位平台晶体定位平台CCDCCD检测器检测器-特殊设计的数码特殊设计的数码相机相机-拍摄拍摄X X射线照片射线照片X X射线源射线源-产生产生X

6、 X射线射线CCD相机图解BerilliumwindowScintillatorFibre-optictaperCCDPeltiercoolingElectronicsX-raysConvertsTo Green lightConverts toElectronic signal衍射实验通过数据还原获得衍射点的位置通过数据还原获得衍射点的位置(hkl)和强度和强度(intensity：I)。例如：。例如：H K L ;I-1 2 4 ;3678-2 0 2 ;2354 1 2 -4 ;3496X-rays 衍射衍射晶体大小晶体大小0.5 mm0.5 mm在晶体不同的取向上收集一系列的衍射照片在

7、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)已收到的衍射点已收到的衍射点：H K L ;I-1 2 4 ;3678-2 0 2 ;2354 1 2 -4 ;3496SC-XRD能得到什么？小分子小分子蛋白质晶体结构蛋白质晶体结构活性位点的形活性位点的形状和化学结构状和化学结构蛋白质的三维结构蛋白质的三维结构/折叠折叠120120精确的键长精确的键长键角数据键角数据三维结构三维结构分支学科化学

8、晶体学化学晶体学化学晶体学 Chemical Crystallography 确定分子立体确定分子立体结结构构 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 确定分子确定分子结结构参数构参数 键长 +/-0.001 键角 better than 0.1 度 扭曲角 0.1 度 研究化学研究化学键键性性质质 理解固体化合物性理解固体化合物性质质 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生物大分子晶体学 Macromolecular Crystal

9、lography结结构生物学构生物学基于基于结结构的构的药药物分子物分子设计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活性中心活性中心结结构构(构效关系构效关系)蛋白蛋白质质3D结结构构/三三维维折叠折叠结结构构如何收集(好的)衍射数据从挑从挑选选“好好”的的单单晶晶样样品开始品开始挑选晶体块块状？片状？状？片状？针针状？状？都可以！都可以！晶体形状不重要晶体形状不重要单单晶晶 Singularity一定要是一定要是“单单”晶！晶！不能是多晶，避免不能是多晶，避免孪孪晶。晶。挑选晶体大小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

10、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，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提前准备好您的好您的样品和所需工具等。品和所需工具等。使用使用洁净的上的上样工具，工具，避免避免污染染。尽可能将尽可能将样品分品分为多份，以方便多次多份，以方便多次尝试。选择好适用的油好适用的油快速均匀地与晶体混合快速均匀地与晶体混合(低温低温实验)。尽量使用尽量使用冷光源冷光源照明，以延照明，以延长晶体挑晶体挑选时间。

11、请先了解您所用的先了解您所用的显微微镜的放大倍率和衍射的放大倍率和衍射仪的光斑大小，并照此挑的光斑大小，并照此挑选晶晶体体样品。品。请记住，住，常常小晶体的常常小晶体的质量会更好量会更好。挑挑选面面/角清晰角清晰的晶体；避免挑的晶体；避免挑选有裂有裂缝和表面有缺陷的晶体；从簇状或薄和表面有缺陷的晶体；从簇状或薄片状晶体中分离出片状晶体中分离出单颗晶体晶体(小心小心处理以免理以免损坏晶体坏晶体)。将挑将挑选好的晶体好的晶体转移到合适的上移到合适的上样工具上工具上尽量少裹油、尽量减少尽量少裹油、尽量减少样品品转移到衍射移到衍射仪上的上的时间、尽量减少在、尽量减少在转移移过程中程中对晶体的晶体的损坏坏。对心心确确认晶体晶体处于低温气流中，并通于低温气流中，并通过一幅衍射照片来快速一幅衍射照片来快速评估晶体估晶体质量。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、氧化的晶体，可封在胶内 蛋白质等可用专用尼龙套Goniometer head载晶座载晶座 及调节工具及调节工具测试收集数据APEX2 全全软软件控制件控制.So easy流程化操作流程化操作 Step by step测试收集数据测试分析更多更多仪仪器和器和测试测试操作将在上机演示中操作将在上机演示中讲讲解解Thanks!