Рентгеновский монокристаллический дифрактометр через рентгеновские лучи и кристаллы упорядочивает взаимодействие атомов по правилам, в сочетании с точными приборами и математическими расчетами, чтобы выявить трехмерную структуру молекулы, принципы и процессы которой заключаются в следующем:

Основной принцип: дифракция рентгеновских лучей и уравнение Праги

Когда монохроматические рентгеновские лучи (например, излучение CuK - α медной мишени) облучают монокристалл, расстояние между атомами, расположенными в кристалле, соответствует порядку длины волны рентгеновского луча, и рентгеновские лучи, рассеянные атомами, интерференцируют, создавая дифракцию в определенном направлении (в направлении, соответствующем уравнению Праги n λ = 2dsin тета). Из них Лямбда - длина волны рентгеновского излучения, d - расстояние между плоскостями кристалла, тета - угол падения, n - дифракционный ряд. Направление дифракции напрямую связано со структурой кристалла, каждый из которых производит уникальные дифракционные схемы.

Ключевые шаги: от дифракционных данных к трехмерной структуре

Сбор данных:

Прибор управляет вращением кристалла с помощью высокоточного угломера (например, четырехкругового дифрактора), так что различные поверхности кристалла последовательно удовлетворяют условиям дифракции. Детектор (например, фотонный тип CCD) захватывает дифракционные сигналы, регистрирует положение и интенсивность дифракционных точек и формирует двумерную дифракционную карту, содержащую информацию о структуре кристалла.

Математическая инверсия:

Интенсивность дифракционных точек связана с распределением атомов в ячейках. С помощью преобразования Фурье дифракционные данные преобразуются в трехмерное распределение плотности электронов в ячейке. Положение атома соответствует пику плотности электрона, что определяет атомные координаты, длину связи, угол связи и другие параметры.

Проверка и оптимизация структуры:

В сочетании с информацией о химических связях (например, длинный диапазон связей) и анализом симметрии, чтобы исправить первоначальную структурную модель, чтобы окончательно определить точную трехмерную конфигурацию молекулы.

Технологические преимущества и сценарии применения

Разрешение атомного уровня: точное определение атомного положения, раскрытие молекулярной стереоконфигурации, ручной работы и способа накопления кристаллов.

Широкая применимость: от простых неорганических веществ до сложных биологических макромолекул (например, белково - рецепторных комплексов), структура может быть проанализирована с помощью этой технологии.

Ключевое применение: при разработке лекарств эта технология может определять кристаллическую форму препарата, оптимизировать молекулярный дизайн; В материаловедении помощь в проектировании материалов с определенными свойствами металлических органических рамок (MOF) или ковалентных органических рамок (COF).