x射線單晶衍射儀介紹

X-射線單晶衍射測試X-raysinglecrystaldiffractometer報告內(nèi)容一、晶體的根本特征二、晶體的X射線衍射開展簡介三、檢測的根本原理四、主要用途及應用領域五、本實驗室儀器型號及技術特點六、操作根本步驟一、晶體的根本特征固體的聚集狀態(tài)：晶態(tài)和非晶態(tài)晶體〔crystal〕是一種分子〔或原子〕有規(guī)律的重復排列的固體物質(zhì)單晶體：根本由同一空間點陣所貫穿形成的晶塊。如：金剛石，石英，螢石，鋯晶體多晶體：由許多很小的單晶體按不同取向聚集而成的晶塊。如：金屬，粉末試劑等一、晶體的根本特征由于晶體中原子是周期排列的，其周期性可用點陣表示。而一個三維點陣可簡單地用一個由八個相鄰點構(gòu)成的平行六面體〔稱晶胞〕在三維方向重復得到。一個晶胞形狀由它的三個邊〔a,b,c〕及它們間的夾角〔γ，α，β〕所規(guī)定，這六個參數(shù)稱點陣參數(shù)或晶胞參數(shù)。描述晶胞結(jié)構(gòu)的六個參數(shù)：a，b，c，α，β，γ七大晶系：立方，四方，斜方(正交)，三方，六方，單斜，三斜。晶體結(jié)構(gòu)與點陣的關系晶體結(jié)構(gòu)=點陣+結(jié)構(gòu)基元這樣一個三維點陣也可以看成是許多相同的平面點陣平行等距排列而成的，這樣一族平面點陣稱為一個平面點陣族，常用符號HKL〔HKL為整數(shù)〕來表示。二、晶體的X射線衍射開展簡介從晶體學的開展可分為古典和現(xiàn)代兩個階段。古典晶體學階段，確定了14種空間點陣型式，導出32種宏觀對稱群，進而推導出230個空間群。1895年德國人Roentgen發(fā)現(xiàn)一種穿透力極強的射線，命名為X射線.1912年，M.Laue實現(xiàn)了X射線在晶體中的衍射，開創(chuàng)了現(xiàn)代晶體學階段。

從1912年至30年代，Laue、Bragg，Pauling等對無機化學物的晶體結(jié)構(gòu)做了大量的測定工作，獲得了NaCl型、ZnS型、CsCl型、

螢石〔CaF2〕、黃鐵礦、方解石、尖晶石等典型晶體的精確結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。在此根底上，離子晶體結(jié)構(gòu)理論得到開展，Goldschmidt、Pauling各自總結(jié)了一套離子半徑。二、晶體的X射線衍射開展簡介40-50年代，開展了對有機化合物的晶體結(jié)構(gòu)測定，特別是60年代開始至現(xiàn)在方興未艾的蛋白質(zhì)生物大分子結(jié)構(gòu)的測定，對生命科學、環(huán)境科學、醫(yī)藥化學的開展，提供了有力的工具。

60年代隨著計算機的開展，計算機控制的單晶衍射儀問世，衍射數(shù)據(jù)收集的速度、精度大大提高。四圓衍射儀和直接法的使用，大大改變了X射線晶體學的面貌。二、晶體的X射線衍射開展簡介80年代，國際上已建立了五大晶體學數(shù)據(jù)庫〔1〕劍橋結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫〔TheCambridgestructuralDatabase,CSD〕〔英國〕；〔2〕蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫〔TheProteinDataBcmkPDB〕〔美國〕；〔3〕無機晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫〔TheInorganicCrystalStructureDatabaseICSD〕(德國)；〔4〕NRCC金屬晶體學數(shù)據(jù)文件庫〔加拿大〕；〔5〕粉末衍射文件數(shù)據(jù)庫〔JCPDS-ICDD〕〔美國〕。30年代測定一個普通的晶體結(jié)構(gòu)要消耗數(shù)月的時間，研究晶體需有重原子，所得的精確度相對較低。如今只要得到大小適宜的單晶樣品，不管分子是否復雜或有無重原子，一般都能在幾天內(nèi)測出單晶結(jié)構(gòu)，而且精度較高。三、檢測的根本原理X射線的產(chǎn)生晶體的X射線衍射要素衍射方向衍射強度1.X射線的產(chǎn)生

用于晶體結(jié)構(gòu)測定的X射線波長約?，與晶體內(nèi)原子間距大致相當。這種X射線，通常在真空度約10－4Pa的X射線管內(nèi)，由高壓加速的電子沖擊陽極金屬靶產(chǎn)生，常用的靶材有Cu靶，Mo靶和Fe靶。X射線與可見光一樣，有直進性、折射率小、穿透力強。當它射到晶體上，大局部透過，小局部被吸收散射，而光學的反射、折射極小，可忽略不計。2.晶體的X射線衍射要素晶體的點陣結(jié)構(gòu)使晶體對X射線、中子流和電子流等產(chǎn)生衍射。其中X射線法最重要，已測定了二十多萬種晶體的結(jié)構(gòu)，是物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的主要來源。晶體的X射線衍射包括兩個要素：衍射方向和衍射強度衍射方向晶體衍射方向就是X射線射入周期性排列的晶體中的原子、分子，產(chǎn)生散射后次生X射線干預、疊加相互加強的方向。晶體的衍射方向和晶胞的大小和形狀有關，討論衍射方向的方程有Laue(勞埃)方程和Bragg〔布拉格〕方程。前者從一維點陣出發(fā)，后者從平面點陣出發(fā)，兩個方程是等效的。一個小晶體衍射X射線，其衍射方向是與晶體的周期性〔d〕有關的。一個衍射總可找到一個晶面族HKL，使它與入射線在此面族上符合反射關系，就以此面族的符號HKL作為此衍射之指數(shù)。其間關系用布拉格方程來表示。2d(hkl)·sinθn=nλ式中,θn為入射線或反射線與晶面族之間的夾角，λ為入射X射線波長，n為反射級數(shù)。布拉格方程衍射強度衍射線的強度是與被重復排列的原子團的結(jié)構(gòu)，也即和原子在晶胞中的分布狀況〔坐標〕有關。引入結(jié)構(gòu)因子Fhkl，F(xiàn)(hkl)表示晶體對X-射線衍射的總效應:衍射強度衍射hkl的衍射強度Ihkl正比于

，還與晶體對X射線的吸收、入射光強、溫度等多種物理因素有關，考慮這些因素衍射強度可表示為通過衍射強度數(shù)據(jù)分析，可測定晶體結(jié)構(gòu)。四、主要用途及應用領域單晶結(jié)構(gòu)分析；全部三維信息，結(jié)構(gòu)包括原子間的鍵長、鍵角、分子在晶體中的堆積方式，分子在晶體中的相互作用以及氫鍵關系、π－π相互作用等各種有用信息。效勞領域物質(zhì)的性質(zhì)諸如光學性質(zhì)、磁學性質(zhì)、吸附性質(zhì)、電學性質(zhì)、生物分子活性及其功能都由不同層次的結(jié)構(gòu)決定的，分子的晶體結(jié)構(gòu)是揭示結(jié)構(gòu)與性能關系的重要因素。因此，單晶結(jié)構(gòu)分析所揭示的化合物的結(jié)構(gòu)和性能間的關系，對于無機化學、有機化學、生物化學、材料化學、藥物化學，特別對于配位化學等研究領域理性設計及能動合成功能材料和藥物具有重要的作用，它是化學、生物、醫(yī)學、材料、地質(zhì)等研究領域不可或缺的研究手段。五、本實驗室儀器型號及技術特點中文名稱：X-射線單晶衍射儀廠商：德國布魯克公司型號：SMARTAPEXⅡX-raysinglecrystaldiffractometer主要部件SMARTAPEXIICCD探測器裝在D8X射線測角儀高精度導軌上〔3kW〕三軸〔ω，2θ，Φ〕測角儀測樣平臺固定在×=54.74處，Φ轉(zhuǎn)動360,ω/2θ最小步長0.0001°，再現(xiàn)性±0.0001樣品至探測器的距離可在2.5~25cm之間調(diào)整VIDEO成像，視頻顯微鏡放大倍數(shù)30~110倍，分辨率3μm，相機用彩色1/2″CCD，用于實時觀察試樣和捕獲圖象。技術特點1、CCD探頭無束錐，1:1耦合，光學纖維長度僅1mm，無圖象畸變，靈敏度高。2、映象面積62mm×62mm，4KCCD芯片，其面積大容量高，象素分辨率高：15μm×15μm，量子效率>170電子/X光子〔Mo〕，暗流低〔0.1el/pix.sec〕。3、芯片有四個存放器輸出通道口，有效讀出速度。4、APEXCCD井深3.2×107個電子，20位動態(tài)范圍，有利收集強反射而不溢出。5、磷光膜可同時使用于Mo和Cu靶光源，Mo、Cu光源互換簡便。六、操作根本步驟a〕樣品準備；b〕開機、設置儀器條件及測試參數(shù)；c〕放置樣品并測試；d〕分析所得圖像。晶體的根本要求必須選擇在同一晶核上長成的單晶體。能夠滿足單晶結(jié)構(gòu)分析的晶體，須到達如下標準：1〕單晶的外貌品質(zhì)好的晶體，應該外形規(guī)整，有光澤的外表，顏色和透明度一致，沒有裂縫和瑕疵。應該是一個完整的個體，不應有小衛(wèi)星晶體或微晶粉末附著。不是孿晶。晶體的根本要求2〕單晶的大小大小是一個重要因素。理想的尺寸取決于：晶體的衍射能力和吸收效應程度〔決定于晶體所含元素的種類和數(shù)量〕；所用射線的強度和探測器的靈敏度〔儀器的配置〕光源所帶的準直器的內(nèi)徑?jīng)Q定了X射線強度以及區(qū)域的大小，晶體的尺寸一般不能超過準直器的內(nèi)徑〔常用的為0.5~0.6mm〕。對于CCD，晶體適宜的尺寸是：純有機物0.3~0.7mm，金屬配合物或金屬有機物0.15~0.5mm，純無機物0.1~0.3mm要選三個方向尺寸相近的〔否那么對衍射的吸收有差異〕，過大的可以用解剖刀切割，切割時要用惰性油或凡士林一般說，球形優(yōu)于立方形，優(yōu)于針狀，優(yōu)于扁平形。晶體的安置

通常也叫粘晶體，安置前一般最好先要觀察其是否穩(wěn)定。首先，將晶體用膠液粘在玻璃毛上：

晶體的安置方法

abcda將晶體粘在玻璃毛上的正確做法b將晶體上包上一層膠等保護晶體c將晶體裝在密封的毛細玻璃管中d將晶體粘在玻璃毛上的不正確做法然后將粘好的晶體安置到測角頭上，再裝到測角儀的相應位置上。最后要把晶體的重心和衍射儀的中心調(diào)至重合。