X射線單晶衍射儀通過(guò)X射線照射微小單晶,捕捉其衍射點(diǎn)陣,解析分子在三維空間的精確原子排列,為新藥設(shè)計(jì)、功能材料開(kāi)發(fā)提供原子級(jí)藍(lán)圖。其操作復(fù)雜、精度要求高。掌握
X射線單晶衍射儀的正確使用方法,是獲取高質(zhì)量衍射數(shù)據(jù)、成功解析結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。

一、晶體準(zhǔn)備
晶體篩選:在顯微鏡下挑選尺寸適中(通常50-300μm)、形狀規(guī)則、無(wú)裂紋或雜質(zhì)的單晶。過(guò)小則信號(hào)弱,過(guò)大易產(chǎn)生吸收效應(yīng)。
晶體裝載:用微量膠(如環(huán)氧樹(shù)脂)或?qū)S幂d晶環(huán)(loop)將晶體牢固固定在鉬絲或玻璃纖維上。操作需在惰性氣氛(如氮?dú)猓┗虻蜏叵逻M(jìn)行,防止潮解或分解。
快速冷凍(低溫衍射):將載晶迅速浸入液氮(-196℃),形成玻璃態(tài)冰,抑制熱振動(dòng),提升數(shù)據(jù)質(zhì)量。
二、上機(jī)與對(duì)焦
安裝樣品:將載晶桿插入低溫氮?dú)饬骰蛞旱磐咧校_保溫度穩(wěn)定(通常100K)。
中心定位:?jiǎn)?dòng)CCD或像素陣列探測(cè)器,低倍放大觀察晶體。通過(guò)三軸微調(diào)臺(tái)(X/Y/Z)精細(xì)調(diào)節(jié),使晶體精確位于X射線光路與旋轉(zhuǎn)軸的交點(diǎn)(對(duì)準(zhǔn)中心)。
確定衍射條件:選擇合適X射線源(Cu-Kα或Mo-Kα),調(diào)整光闌大小,使光斑略大于晶體,避免照射到膠或載晶環(huán)。
三、數(shù)據(jù)采集
初步衍射測(cè)試:采集單張衍射圖,觀察衍射點(diǎn)清晰度、分辨率(通常達(dá)0.8-1.0?)與對(duì)稱(chēng)性,判斷晶體質(zhì)量與晶胞參數(shù)。
設(shè)定掃描策略:根據(jù)晶系與空間群,軟件自動(dòng)計(jì)算優(yōu)旋轉(zhuǎn)范圍與步進(jìn)角(通常0.3°-1.0°/幀)。確保采集足夠衍射點(diǎn)(通常>10,000),冗余度高。
開(kāi)始采集:?jiǎn)?dòng)測(cè)角儀旋轉(zhuǎn),探測(cè)器連續(xù)采集數(shù)百至數(shù)千張衍射圖像。全程監(jiān)控溫度、光強(qiáng)穩(wěn)定性。
四、數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)整合:使用軟件(如HKL-3000、APEX4)對(duì)原始圖像進(jìn)行指數(shù)化、積分、標(biāo)定,生成包含hkl指數(shù)與強(qiáng)度(I)的衍射數(shù)據(jù)表。
結(jié)構(gòu)解析:通過(guò)直接法或Patterson法確定初始相位,建立原子模型。
結(jié)構(gòu)精修:采用全矩陣最小二乘法反復(fù)調(diào)整原子坐標(biāo)、熱參數(shù),使計(jì)算衍射圖與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)差異最小化(R1通常<5%)。
結(jié)構(gòu)驗(yàn)證:檢查鍵長(zhǎng)、鍵角、殘差電子密度等是否合理,最終輸出.cif文件與結(jié)構(gòu)圖。