单晶衍射仪

高压电流 计算机 衍射仪结构示意图 高压发生器
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光源系统
主要包括高压发生器和 光管 主要包括高压发生器和X-光管，前者 高压发生器和 光管， 高压电流， 负责提供高压电流 负责提供高压电流，如果使用封闭式 X-光管，一般电压为 光管， 光管 一般电压为40-50kV,电流为 电流为 20-40mA。由于 光管在工作过程中 。由于X-光管在工作过程中 需要冷却，因此X-光管需要外接水循 需要冷却，因此 光管需要外接水循 环冷却系统， 降低阳极靶的温度。 环冷却系统，以降低阳极靶的温度。
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因此，假如晶体稳定，一般建议收集半球以上的 衍射数据。在一般设置下，面探测器可以记录到 θmax ≈ 30˚的衍射数据（MoKα 光源） ，只须 在还原数据时输入分辨率（或衍射角）的最低值， 即可以得到相应的衍射数据。由于记录衍射图片 的原始数据需要占据大量的空间（每幅衍射数据 大小为 1 Mb） ，在还原数据后，一般将删除原 始的衍射照片，因此，建议在还原数据时，尽量 还原所有的数据(θ ≥ 30˚)，解结构时，再根据 具体衍射数据的质量确定最高的衍射角数值。
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【5】曝光时间 】
并非曝光时间（exposure time）越长、获得的衍射数 据质量越好（不考虑相应增加的机时） 。 原因是 （1） 曝光时间增加，衍射点强度的标准不确定度也 会增加； （2）对于衍射能力很强的晶体，过长的曝光时间可 能会引起衍射点强度超过探测器的动态范围，从而引 起系统误差； （3）对于对 X 射线吸收较强的晶体，过长的曝光时 间会影响吸收校正的效果；过长的曝光时间还会引起 晶体的放射性衰变。
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Thank you！ ！
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测角器系统
与载晶台和探测器直接相连， 与载晶台和探测器直接相连，用于控 直接相连 制晶体和探测器的空间取向。 制晶体和探测器的空间取向。如果使 用点探测器系统， 用点探测器系统，则测角器系统为传 统四圆设置；如果使用面探测器系统， 统四圆设置；如果使用面探测器系统， 则测角器系统可以为三圆设置，其中χ 则测角器系统可以为三圆设置，其中χ 圆被固定。 圆被固定。
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控制仪器的计算机功能包括控 控制仪器的计算机功能包括控 制测角器系统和探测器的机械 制测角器系统和探测器的机械 运动、快门的开关、 运动、快门的开关、收集和记 录测角器系统的各种数据、探 录测角器系统的各种数据、 测器的强度数据以及数据的处 理等。 理等。
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二、面探测器衍射仪的原理 装有面探测器的衍射仪原本用于蛋白 质大分子晶体的测量。它记录的方法 类似于照相法 照相法，每次测量一幅含有很 照相法 多衍射点的图像，利用电子技术，直 接将图像转化为数字数据 将图像转化为数字数据。因此，它 将图像转化为数字数据 ， 可以看成将照相法的电子数字化。 可以看成将照相法的电子数字化。
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面探测器衍射仪的原理
A.电荷耦合器件探测器(charge A.电荷耦合器件探测器(charge coupled 电荷耦合器件探测器 detector,简称CCD).常用于 简称CCD).常用于小分子 device detector,简称CCD).常用于小分子 晶体衍射， 晶体衍射，衍射仪的探测器含有薄膜磷光 材料,被衍射X射线激活后,磷光材料发射可 被衍射X射线激活后, 见荧光.磷光材料通过光学纤维直接与CCD 见荧光.磷光材料通过光学纤维直接与CCD 芯片藕连,从而这些荧光可以经过电子器件, 芯片藕连,从而这些荧光可以经过电子器件, 快速(通常不到1S) 1S)转化为衍射强度相应的 快速(通常不到1S)转化为衍射强度相应的 数字信号,供计算机直接处理. 数字信号,供计算机直接处理.
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面探测器衍射仪
汇报人： 汇报人：梁春燕 汇报时间：2011.11.02 汇报时间：
一、面探测器衍射仪
主要包括 光源系统 测角器系统(goniometer) 测角器系统 探测器系统 计算机 四大部分.
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低温系统 水冷却器
液氮
探测器
晶体
冷却水
测角器
准直器、单色器
快门
X光管 光
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面探测器收集数据必须考虑的可变参数: 面探测器收集数据必须考虑的可变参数
（1）晶体与探测器间的距离 ）晶体与探测器间的距离d
（2）扫描角度 ） （3）准直器与晶体的大小 ） （4）曝光时间 ） (5) 收集数据的范围
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【1】晶体与探测器间的距离 d 】
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【3】准直器与晶体的大小 】
面探衍射仪一般情况下选用 0.5 mm 的准直 器。 因此，太大的晶体可以采用切割的方法进 行改造，尤其是对于吸收较强的晶体（如 金属有机物，这些晶体的衍射能力也比较 强） ，更应该尽可能选用体积小（0.2-0.3 mm） 、但外观尺寸均衡的晶体以减少吸 收效应。
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我们的经验是：对于晶体大小在 0.3 mm以 上、含有金属的化合物，曝光时间控制在 5-10 秒；对于小晶体、具有大晶胞的晶体 和衍射能力较弱的有机化合物晶体，曝光 时间为 20-30 秒，更长的曝光时间并没有 明显提高衍射数据的质量，此时，应该尝 试生长大的晶体，或者在低温、使用较强 的光源（转靶、同步辐射源）收集数据。
在面探衍射仪中晶体与探测器之间的距离可以在 一定的范围内移动，原因是面探测器原先主要是 用于收集蛋白质等生物大分子的衍射数据，由于
对于小分子晶体 d 值在45-55 mm之间可以 小分子晶体， 小分子晶体 满足大部分要求。 每次调整 d 值后，都必须进行相关的校正
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巨大的晶胞，假如 d 太小，衍射点将会重 。 叠，探测器背景噪音也会增加。但是 d 值 也不能太大，否则，记录到的衍射点强度 将会降低。
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【4】收集数据的范围 】
面探测器可以轻而易举地收集大量的富余 衍射点，即收集等效衍射点或同个衍射点 被反复收集多次。软件可以自动设置收集 1/4、1/2 和全球衍射点，具有正交以上对 称性的晶格只需要收集 1/4球衍射数据就足 够了，但是，多余的衍射点往往能够提高 衍射数据的质量，尤其是可以得到较好的 吸收校正结果，
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衍射几何 晶体中由原子组成的点阵在三维空 晶体中由原子组成的点阵在三维空 间呈有序排列，因此， 间呈有序排列，因此，类同于光线与 光栅的作用， 光栅的作用，晶体能对波长与晶格间 距相若的射线相互作用， 距相若的射线相互作用，产生相干现 射线照射到晶体上， 象，X 射线照射到晶体上，就会产生 衍射效应(diffraction)。 衍射效应 。
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2)面探测器衍射仪的原理 面探测器衍射仪的原理
晶体安放的方法与四圆衍射仪的情况十分相似. 晶体安放的方法与四圆衍射仪的情况十分相似.面 探系统的最大优点 最大优点: 探系统的最大优点: 只要原始的测量数据还保存着， 只要原始的测量数据还保存着，即便取向矩阵出 了差错，程序可以重新计算一次， 了差错，程序可以重新计算一次，以获得正确的 取向矩阵和晶胞参数， 取向矩阵和晶胞参数，重新对衍射数据进行指标 化，以获得一套正确的数据。相反，如果使用四 以获得一套正确的数据。相反， 圆衍射仪，则必须从头开始， 圆衍射仪，则必须从头开始，重新找出正确的取 向矩阵、晶胞等数据，然后重新收集一整套数据！ 向矩阵、晶胞等数据，然后重新收集一整套数据！
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X射线的产生有两种机理 射线的产生有两种机理 第一种是电子冲击阳极物质时，部分能量
转换成波长连续的射线，即所谓“白色”X 射线。 第二种是高速电子把阳极材料中原子内层 电子激发，再由激发态跃迁到内层所发射 的特定波长X射线，它不仅具有很大的强度， 而且其谱峰很窄，称为特征X射线。 通常用于单晶衍射实验的X射线由钼靶或 铜靶产生
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B.成像板探测器 成像板探测器(image plate detector, 简 成像板探测器 探测器) 称IP探测器 探测器 IP探测器也是一种面探测器 它的成像板 探测器也是一种面探测器,它的成像板 探测器也是一种面探测器 掺杂了Eu3+离子的 BaClF磷 表面镀有一层掺杂了 表面镀有一层掺杂了 离子的 磷 光材料.这种材料能把与 这种材料能把与X射线量子相关的 光材料 这种材料能把与 射线量子相关的 信息储存为短期发光中心 然后进入” 短期发光中心.然后进入 信息储存为短期发光中心 然后进入”读数 阶段” 通常为几分钟 通常为几分钟),成像板在激光束的 阶段”(通常为几分钟 成像板在激光束的 扫描下,这些 光中心重新被激发为可见光量 扫描下 这些 光中心重新被激发为可见光量 子,通过光电子倍增器件转化并被记录为数 通过光电子倍增器件转化并被记录为数 化的强度数据. 字 化的强度数据
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相邻衍射波的 光程差Fra Baidu bibliotek： 光程差为： Δa = acosθa0 + acosθa
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入射X射线与晶胞参数为a、b和c的晶体作用 式中波长λ的系 时，产生衍射的条件为： 数 hkl就叫做衍 射指标，必须为 acosθa0 + acosθa = hλ 整数，也就是不 能连续变化 bcosθb0 + bcosθb = kλ ccosθc0 + ccosθc = lλ 这就是三维劳埃方程，它是晶体产生衍射的严 格条件。
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【2】扫描角度 】
通常来讲，扫描角度越小，数据质量越好，超过 1˚以上的扫描数据一般解不出结构。 因此，通过增大扫描角度加快衍射数据收集速度 的做法并不可取。但是太小的扫描角度会大大增 大大增 加数据收集的时间和储存数据所需的计算机空间。 一般建议采用的扫描角度是 0.2-0.3˚(控制软件的 扫描角度是 缺省值为 0.3˚)。 假如采用低于 0.2˚的扫描角度， 必须注意曝光时间不要超过 20 秒描角度，