Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Рентгенострукту́рний ана́ліз — метод дослідження структури речовини, в основі якого лежить явище дифракції рентгенівського випромінювання на тривимірних кристалічних ґратках.
Загальний опис
Для дослідження атомної структури застосовують випромінювання з довжиною хвилі близько 1 Å, тобто, розмірів атомів. Разом із нейтронографією і електронографією метод належить до дифракційних методів дослідження структури речовини.
Метод дозволяє визначати атомну структуру речовини, що включає просторову групу елементарної комірки, її розміри і форму, а також визначити групу симетрії кристалу. За допомогою методу можна досліджувати метали і їх сплави, мінерали, неорганічні і органічні сполуки полімери, аморфні матеріали, рідини і гази, молекули білків, нуклеїнових кислот та інші речовини. Найлегшим і найуспішнішим є застосовування методу для встановлення атомної структури кристалічних тіл, які вже мають строгу періодичність будови і фактично є створеними природою дифракційними ґратками для рентгенівських променів. Для решти речовин кристал повинен бути створеним, що є важливою і складною частиною методу рентгеноструктурного аналізу.
Факт явища дифракції рентгенівських променів на кристалах відкритий Лауе, теоретичне обґрунтування явищу дали Вульф і Брегг (умова Брегга — Вульфа). Як метод рентгеноструктурний аналіз розроблений Дебаєм і Шеррером. Рентгеноструктурний аналіз і до цього дня залишається одним з найпоширеніших методів визначення структури речовини через його простоту і відносну дешевизну.
Історія методу
Дифракція рентгенівських променів на кристалах була відкрита в 1912 році німецькими фізиками Максом фон Лауе, Вільямом Фридріхом і Паулем Кніппінгом. Направивши вузький пучок рентгенівських променів на нерухомий кристал, вони зареєстрували на поміщеній за кристалом фотопластині дифракційну картину, яка складалася з великого числа регулярно розташованих плям. Кожна пляма — слід дифракційного променя, розсіяного кристалом. Рентгенограма, отримана таким методом, пізніше отримала назву лауеграми.
Розроблена Лауе теорія дифракції рентгенівських променів на кристалах дозволила зв'язати довжину хвилі випромінювання з параметрами елементарної комірки кристалу. Фактично було показано, що дифракційна картина кристалу являє собою перетворення Фур'є його двовимірної проєкції. У 1913 році Лоренс Брегг і одночасно з ним Г. В. Вульф запропонували наочніше трактування виникнення дифракційних променів в кристалі. Вони показали, що дифракційні промені можна розглядати як віддзеркалення падаючого променя від однієї з систем кристалографічних площин (дифракційне віддзеркалення або умова Брегга — Вульфа).
У тому ж році Лоренс Брегг разом із своїм батьком Генрі Бреггом вперше дослідили атомні структури простих кристалів за допомогою рентгенівських дифракційних методів. У 1916 році американський фізик Петер Дебай і німецький Пауль Шеррер запропонували використання дифракції рентгенівських променів для дослідження структури полікристалічних матеріалів. У 1938 французький кристалограф розробив метод рентгенівського малокутового розсіяння для дослідження форми і розмірів неоднорідностей в речовині.
Можливість використання рентгеноструктурного аналізу для дослідження широкого класу речовин та велика цінність цих досліджень стимулювали розвиток методів розшифровки структур. У 1934 році американський фізик запропонував досліджувати будову речовин за допомогою функції міжатомних векторів (функції Патерсона). Американські учені , (1948), , і англійський учений (1952) заклали основи так званих прямих методів визначення кристалічних структур. Роботи з дослідження просторової структури білків, розпочаті в 30-х роках у Великій Британії Джоном Берналом і успішно продовжені Джоном Кендрю, Максом Перуцем та іншими зіграли важливу роль в становленні молекулярної біології. У 1953 році дані рентгеноструктурного аналізу, отримані Морісом Вілкінсом і Розаліндою Франклін дозволили Джеймсу Ватсону і Френсісу Кріку створити модель молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти. З 50-х років почали бурхливо розвиватися методи обробки дифракційної інформації і аналізу цих даних за допомогою комп'ютерів. В Україні в Донецькому національному технічному університеті на кафедрі «Прикладна екологія та охорона навколишнього середовища» професор Масляєв Віктор Семенович створив сучасну лабораторію рентгеноструктурного аналізу.
Методи
Кристалізація
Хоча рентгеноструктурний аналіз може використовуватися для характеристики розташування атомів в забрудненому або невпорядкованому кристалі, загалом для точного визначення структури метод вимагає кристалу дуже високого рівня впорядкованості. Чисті впорядковані кристали іноді формуються мимовільно в природних або штучних матеріалах, наприклад металах, мінералах та інших макроскопічних речовинах. Регулярність таких кристалів іноді може бути вдосконалена за допомогою відпалу та інших методів. Проте, в багатьох випадках, отримання якісного придатного для дифракції кристалу є головним бар'єром для визначення його структури на атомному рівні.
Зазвичай рентгеноструктурний аналіз поділяється на аналіз малих молекул і макромолекул, перш за все через різні методи, що використовуються для отримання якісних кристалів. Малі молекули загалом мають небагато ступенів конформаційної свободи і можуть бути кристалізовані за допомогою широкого набору методів, наприклад і рекристалізації. На відміну від них, макромолекули загалом мають багато ступенів свободи і їхня кристалізація повинна здійснюватися за умовами точного збереження структури. Наприклад, молекули білків та РНК не можуть бути кристалізовані, якщо їх третинна структура розгорнута, тому методи кристалізації обмежені умовами збереження нативного стану таких макромолекул.
Кристали білків та інших макромолекул майже завжди вирощуються в розчині. Найзагальніший підхід — поступове зниження розчинності його компонентів, якщо ж це робиться швидко, молекули преципітують з розчину, формуючи аморфний осад на дні посудини. Ріст кристалів в розчині характеризується двома стадіями: нуклеація, тобто утворення мікроскопічного ядра кристалу (що має лише близько 100 молекул), та росту цього ядра до розмірів, необхідних для аналізу. Умови розчину, найкращі для першої стадії (нуклеації), — не завжди найкращі й для другої (росту кристалу). Таким чином, мета кристалографів — створити умови, найкращі для росту одного великого кристалу, тому що великий розмір дозволяє покращити якість методу. Зазвичай умови підбираються несприятливими для нуклеації, але сприятливими для росту кристалу, таким чином перший кристал поглине більшість матеріалу з розчини, не залишаючи можливості виникнення численних мікрокристалів. В деяких випадках кристалографам вдається підібрати умови утворення лише дуже малих кристалів. В такому випадку один з таких кристалів переноситься до іншої посудини, де він може продовжити ріст. В деяких випадках, великі кристали можуть розбиваються для отримання невеликих фрагментів, що знову вирощуються для отримання кристалів вищої якості.
Надзвичайно важко передбачити умови, оптимальні для росту ідеально впорядкованих кристалів. На практиці, сприятливі умови часто встановлюються за допомогою скринінгу — приготування великої кількості досліджуваної речовини і випробування широкої різноманітності умов кристалізації, часто сотні або навіть тисячі. Для кристалізації різних молекул використовуються різні фізичні механізми зниження розчинності, наприклад зміна pH, додавання солей або речовин, що знижують діелектричну проникність розчину або великих полімерів, також як поліетиленгліколь, що виводять молекулу поза фазу розчину через . Часто випробуються різні температури для підбору швидкості кристалізації або для створення перенасиченого розчину. Ці методи вимагають великої кількості досліджуваної речовини високого рівня очищення, які, наприклад, у випадку білків, часто буває важко отримати. Для економії речовини були розроблені роботи, здатні розділяти малі кількості речовини, близько 100 нанолітрів, що дозволяє зменшити витрати речовини.
Відомо декілька чинників, що перешкоджають кристалізації. Наприклад, кристали загалом тримають при постійній температурі і захищають від вібрацій, які перешкоджали б отриманню якісного кристалу. Домішки в розчині часто ворожі до кристалізації. Конформаційна гнучкість в молекулі також прагне зменшити ймовірність утворення упорядкованого кристалу. Цікаво, що речовини, здатні до само збірки у регулярні структури, часто несхильні збиратися у кристали. Кристали можуть псуватися сполученням кількох центрів кристалізації, хоча сучасні обчислювальні методи здатні отримувати структуру деяких з таких кристалів. Часто якщо кристалізація не вдається для якоїсь речовини, кристалограф пробує дещо модифіковану молекулу, навіть дрібниці в молекулярних властивостях можуть призводити значної різниці у властивостях її кристалізації.
Збір даних
Джерела випромінювання
Для опромінювання кристала потрібне монохроматичне джерело рентгенівського випромінювання. Найяскравіші і найкорисніші джерела рентгенівського випромінювання — синхротрони, велика яскравість їх світла дозволяє отримання найкращої роздільної здатності. Вони також зручні для регулювання довжини хвилі випромінювання, що корисно, на приклад, для фазового аналізу за допомогою методу (MAD), описаного нижче. Синхротрони зазвичай дуже коштовні та існують тільки в державних наукових центрах, де вони використовуються кожну хвилину дня і ночі.
У лабораторіях використовуються менші та слабші джерела рентгенівського випромінювання, зазвичай для перевірки якості кристалів перед проведенням досліджень за допомогою синхротрону та для отримання грубого аналізу речовини. У таких системах, електрони вилітають з катоду і прискорюються за допомогою електричного потенціалу близько 50 кВ, після чого бомбардують металеву пластину, що приводить для отримання гальмівного випромінювання і рекомбінаційного випромінювання у вигляді кількох сильних спектральних ліній, що відповідають збудженню електронів внутрішніх орбіталей атому металу. Як матеріал цієї пластинки найзагальніше використовуваний мідь, яку легко охолоджувати через її високу теплопровідність, отримуючи яскраві лінії Kα and Kβ. Лінія Kβ іноді видаляється за допомогою тонкого шару (0,01 мм) нікелевої фольги. Ці джерела дають близько 2 кВт випромінювання в звичайнісінькому варіанті і, приблизно, до 14 кВт у найдорожчих варіантах.
Отримане рентгенівське випромінювання зазвичай фільтрується для отримання єдиної довжини хвилі (монохроматичного випромінювання) і колімується перед подачею на кристал. Фільтрування не тільки спрощує аналіз даних, але і усуває випромінювання, яке погіршує кристал без додавання корисної інформації. Колімація робиться або за допомогою коліматору (зазвичай довгої металевої трубки), або певним розташуванням слабо викривлених дзеркал. Дзеркальним системам віддається перевага для маленьких кристалів (до 0,3 мм) або з кристалам з великим розміром кристалічної чарунки (понад 150 Å).
Інші методи рентгеноструктурного аналізу
Метод Лауе
У методі Лауе вузький (немонохроматичний) пучок рентгенівських променів (чи нейтронів) направляється на нерухомо закріплений монокристалічний зразок. Цей пучок містить рентгенівські промені з набором довжин хвиль у широкому інтервалі значень. У кристалі відбувається «відбір», і дифрагує тільки випромінювання з дискретним набором довжин хвиль λ, таких, що для цих довжин хвиль міжплощинні відстані d і кути падіння θ задовольняють закону Брега. Метод Лауе надзвичайно зручний для швидкого визначення симетрії кристала і його орієнтації. Він використовується також для визначення розмірів спотворень і дефектів, що виникають у кристалі при механічній і термічній обробці.
Схема камери Лауе. Джерело рентгенівських променів випускає випромінювання, що має суцільний спектр, з довжинами хвиль, наприклад, від 0,2Å до 2Å. Система діафрагм дозволяє отримати добре напрямлений пучок. Розміри монокристалу можуть не перевищувати 1 мм. Плоска рентгенівська плівка розташовується так, що на неї попадають або прохідні, або відбиті дифраговані промені. Дифракційна картина складається із серії плям (рефлексів); на мал. 2 показана дифракційна картина для кремнію. Кожна площина кристала, що відбиває, вибирає з падаючого пучка випромінювання з тією довжиною хвилі, що задовільняє закон Брега 2dsinθ=пλ. Одержувана дифракційна картина характеризує симетрію кристала: наприклад якщо кристал, що має вісь симетрії четвертого порядку, орієнтований так, що ця вісь паралельна падаючому пучку, то лауеграма також буде мати вісь симетрії четвертого порядку, Лауеграми широко використовуються для орієнтації кристалів при експериментальному вивченні різних твердих тіл.
Метод Лауе практично ніколи не застосовується для визначення кристалічної структури. Справа в тім, що та сама атомна площина може давати кілька зображень різних порядків, тому що для отримання лауеграм використовується широкий інтервал значень довжин хвиль; тому окремі плями на лауеграмі можуть виявитися результатом накладання зображень різних порядків. Це ускладнює визначення інтенсивності даного відбивання, що, у свою чергу, ускладнює визначення базису.
Методи дослідження полікристалів
Дослідження вугільної речовини
Рентгенівська дифрактометрія проводиться під великими, під середніми і під малими (<6о) кутами.
Параметри молекулярної структури вугілля визначаються за результатами зйомки під великим і середніми кутами. Розраховується між'ядерна відстань (d002), розміри ароматичного ядра (La), товщина пакету (Lc) і текстура (орієнтація) Т. Зйомки під малими кутами дозволяють розраховувати поздовжні (LII) і поперечні (Lo) розміри надмолекулярних утворень, розміри і форму молекулярних пор і об'єм середньої мікропори. Крім того, за даними рентгенівських зйомок можна визначити склад і кількість мінеральних складових.
Примітки
- Geerlof A, Brown J, Coutard B, Egloff MP, Enguita FJ, Fogg MJ, Gilbert RJ, Groves MR, Haouz A, Nettleship JE, Nordlund P, Owens RJ, Ruff M, Sainsbury S, Svergun DI, Wilmanns M (2006). The impact of protein characterization in structural proteomics. Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr. 62 (Pt 10): 1125—36. PMID 17001090.
- Chernov AA (2003). Protein crystals and their growth. J. Struct. Biol. 142 (1): 3—21. PMID 12718915.
- Rupp B, Wang J (2004). Predictive models for protein crystallization. Methods. 34 (3): 390—407. PMID 15325656.
- Chayen NE (2005). Methods for separating nucleation and growth in protein crystallization. Prog. Biophys. Mol. Biol. 88 (3): 329—37. PMID 15652248.
- Stock D, Perisic O, Lowe J (2005). Robotic nanolitre protein crystallisation at the MRC Laboratory of Molecular Biology. Prog Biophys Mol Biol. 88 (3): 311—27. PMID 15652247.
- Саранчук В. И., Айруни А. Т., Ковалев К. Е. Надмолекулярная организация, структура и свойства углей. — Киев: Наукова думка, 1988. — 191 с.
Джерела
- З. Г. Пинскер. Рентгеновская кристаллоптика. Москва. Наука. 1982.
Посилання
- РЕНТГЕНОСТРУКТУРНИЙ АНАЛІЗ
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Rentgenostruktu rnij ana liz metod doslidzhennya strukturi rechovini v osnovi yakogo lezhit yavishe difrakciyi rentgenivskogo viprominyuvannya na trivimirnih kristalichnih gratkah Shema procesu viznachennya strukturi spoluki metodom rentgenostrukturnogo analizu Spochatku yiyi kristal otrimuyut abo viroshuyut v laboratoriyi pislya chogo oprominyuyut dlya otrimannya difrakcijnoyi kartini u viglyadi rozdilnih plyam Kristal postupovo obertayut i otrimuyut difrakcijni kartini z cih kartin vibirayut taki sho mayut najchitkishi oriyentaciyi kristalu Vikoristovuyuchi peretvorennya Fur ye ci masivi difrakcijnih vidbit peretvoryuyut na trivimirnu model elektronnoyi gustini v mezhah kristalichnoyi gratki Z ciyeyi elektronnoyi gustini vivodyat roztashuvannya atomnih yader i vidstanej mizh nimi utvoryuyuchi model atomiv v mezhah elementarnoyi komirki kristalu Zagalnij opisDlya doslidzhennya atomnoyi strukturi zastosovuyut viprominyuvannya z dovzhinoyu hvili blizko 1 A tobto rozmiriv atomiv Razom iz nejtronografiyeyu i elektronografiyeyu metod nalezhit do difrakcijnih metodiv doslidzhennya strukturi rechovini Metod dozvolyaye viznachati atomnu strukturu rechovini sho vklyuchaye prostorovu grupu elementarnoyi komirki yiyi rozmiri i formu a takozh viznachiti grupu simetriyi kristalu Za dopomogoyu metodu mozhna doslidzhuvati metali i yih splavi minerali neorganichni i organichni spoluki polimeri amorfni materiali ridini i gazi molekuli bilkiv nukleyinovih kislot ta inshi rechovini Najlegshim i najuspishnishim ye zastosovuvannya metodu dlya vstanovlennya atomnoyi strukturi kristalichnih til yaki vzhe mayut strogu periodichnist budovi i faktichno ye stvorenimi prirodoyu difrakcijnimi gratkami dlya rentgenivskih promeniv Dlya reshti rechovin kristal povinen buti stvorenim sho ye vazhlivoyu i skladnoyu chastinoyu metodu rentgenostrukturnogo analizu Fakt yavisha difrakciyi rentgenivskih promeniv na kristalah vidkritij Laue teoretichne obgruntuvannya yavishu dali Vulf i Bregg umova Bregga Vulfa Yak metod rentgenostrukturnij analiz rozroblenij Debayem i Sherrerom Rentgenostrukturnij analiz i do cogo dnya zalishayetsya odnim z najposhirenishih metodiv viznachennya strukturi rechovini cherez jogo prostotu i vidnosnu desheviznu Istoriya metoduDifrakciya rentgenivskih promeniv na kristalah bula vidkrita v 1912 roci nimeckimi fizikami Maksom fon Laue Vilyamom Fridrihom i Paulem Knippingom Napravivshi vuzkij puchok rentgenivskih promeniv na neruhomij kristal voni zareyestruvali na pomishenij za kristalom fotoplastini difrakcijnu kartinu yaka skladalasya z velikogo chisla regulyarno roztashovanih plyam Kozhna plyama slid difrakcijnogo promenya rozsiyanogo kristalom Rentgenograma otrimana takim metodom piznishe otrimala nazvu lauegrami Rozroblena Laue teoriya difrakciyi rentgenivskih promeniv na kristalah dozvolila zv yazati dovzhinu hvili viprominyuvannya z parametrami elementarnoyi komirki kristalu Faktichno bulo pokazano sho difrakcijna kartina kristalu yavlyaye soboyu peretvorennya Fur ye jogo dvovimirnoyi proyekciyi U 1913 roci Lorens Bregg i odnochasno z nim G V Vulf zaproponuvali naochnishe traktuvannya viniknennya difrakcijnih promeniv v kristali Voni pokazali sho difrakcijni promeni mozhna rozglyadati yak viddzerkalennya padayuchogo promenya vid odniyeyi z sistem kristalografichnih ploshin difrakcijne viddzerkalennya abo umova Bregga Vulfa U tomu zh roci Lorens Bregg razom iz svoyim batkom Genri Breggom vpershe doslidili atomni strukturi prostih kristaliv za dopomogoyu rentgenivskih difrakcijnih metodiv U 1916 roci amerikanskij fizik Peter Debaj i nimeckij Paul Sherrer zaproponuvali vikoristannya difrakciyi rentgenivskih promeniv dlya doslidzhennya strukturi polikristalichnih materialiv U 1938 francuzkij kristalograf rozrobiv metod rentgenivskogo malokutovogo rozsiyannya dlya doslidzhennya formi i rozmiriv neodnoridnostej v rechovini Mozhlivist vikoristannya rentgenostrukturnogo analizu dlya doslidzhennya shirokogo klasu rechovin ta velika cinnist cih doslidzhen stimulyuvali rozvitok metodiv rozshifrovki struktur U 1934 roci amerikanskij fizik zaproponuvav doslidzhuvati budovu rechovin za dopomogoyu funkciyi mizhatomnih vektoriv funkciyi Patersona Amerikanski ucheni 1948 i anglijskij uchenij 1952 zaklali osnovi tak zvanih pryamih metodiv viznachennya kristalichnih struktur Roboti z doslidzhennya prostorovoyi strukturi bilkiv rozpochati v 30 h rokah u Velikij Britaniyi Dzhonom Bernalom i uspishno prodovzheni Dzhonom Kendryu Maksom Perucem ta inshimi zigrali vazhlivu rol v stanovlenni molekulyarnoyi biologiyi U 1953 roci dani rentgenostrukturnogo analizu otrimani Morisom Vilkinsom i Rozalindoyu Franklin dozvolili Dzhejmsu Vatsonu i Frensisu Kriku stvoriti model molekuli dezoksiribonukleyinovoyi kisloti Z 50 h rokiv pochali burhlivo rozvivatisya metodi obrobki difrakcijnoyi informaciyi i analizu cih danih za dopomogoyu komp yuteriv V Ukrayini v Doneckomu nacionalnomu tehnichnomu universiteti na kafedri Prikladna ekologiya ta ohorona navkolishnogo seredovisha profesor Maslyayev Viktor Semenovich stvoriv suchasnu laboratoriyu rentgenostrukturnogo analizu MetodiKristalizaciya Kristal bilka pid mikroskopom Kristali dlya rentgenostrukturnogo analizu mayut rozmiri vid 0 1 do 1 mm Dokladnishe Kristalizaciya Hocha rentgenostrukturnij analiz mozhe vikoristovuvatisya dlya harakteristiki roztashuvannya atomiv v zabrudnenomu abo nevporyadkovanomu kristali zagalom dlya tochnogo viznachennya strukturi metod vimagaye kristalu duzhe visokogo rivnya vporyadkovanosti Chisti vporyadkovani kristali inodi formuyutsya mimovilno v prirodnih abo shtuchnih materialah napriklad metalah mineralah ta inshih makroskopichnih rechovinah Regulyarnist takih kristaliv inodi mozhe buti vdoskonalena za dopomogoyu vidpalu ta inshih metodiv Prote v bagatoh vipadkah otrimannya yakisnogo pridatnogo dlya difrakciyi kristalu ye golovnim bar yerom dlya viznachennya jogo strukturi na atomnomu rivni Zazvichaj rentgenostrukturnij analiz podilyayetsya na analiz malih molekul i makromolekul persh za vse cherez rizni metodi sho vikoristovuyutsya dlya otrimannya yakisnih kristaliv Mali molekuli zagalom mayut nebagato stupeniv konformacijnoyi svobodi i mozhut buti kristalizovani za dopomogoyu shirokogo naboru metodiv napriklad i rekristalizaciyi Na vidminu vid nih makromolekuli zagalom mayut bagato stupeniv svobodi i yihnya kristalizaciya povinna zdijsnyuvatisya za umovami tochnogo zberezhennya strukturi Napriklad molekuli bilkiv ta RNK ne mozhut buti kristalizovani yaksho yih tretinna struktura rozgornuta tomu metodi kristalizaciyi obmezheni umovami zberezhennya nativnogo stanu takih makromolekul Kristali bilkiv ta inshih makromolekul majzhe zavzhdi viroshuyutsya v rozchini Najzagalnishij pidhid postupove znizhennya rozchinnosti jogo komponentiv yaksho zh ce robitsya shvidko molekuli precipituyut z rozchinu formuyuchi amorfnij osad na dni posudini Rist kristaliv v rozchini harakterizuyetsya dvoma stadiyami nukleaciya tobto utvorennya mikroskopichnogo yadra kristalu sho maye lishe blizko 100 molekul ta rostu cogo yadra do rozmiriv neobhidnih dlya analizu Umovi rozchinu najkrashi dlya pershoyi stadiyi nukleaciyi ne zavzhdi najkrashi j dlya drugoyi rostu kristalu Takim chinom meta kristalografiv stvoriti umovi najkrashi dlya rostu odnogo velikogo kristalu tomu sho velikij rozmir dozvolyaye pokrashiti yakist metodu Zazvichaj umovi pidbirayutsya nespriyatlivimi dlya nukleaciyi ale spriyatlivimi dlya rostu kristalu takim chinom pershij kristal pogline bilshist materialu z rozchini ne zalishayuchi mozhlivosti viniknennya chislennih mikrokristaliv V deyakih vipadkah kristalografam vdayetsya pidibrati umovi utvorennya lishe duzhe malih kristaliv V takomu vipadku odin z takih kristaliv perenositsya do inshoyi posudini de vin mozhe prodovzhiti rist V deyakih vipadkah veliki kristali mozhut rozbivayutsya dlya otrimannya nevelikih fragmentiv sho znovu viroshuyutsya dlya otrimannya kristaliv vishoyi yakosti Nadzvichajno vazhko peredbachiti umovi optimalni dlya rostu idealno vporyadkovanih kristaliv Na praktici spriyatlivi umovi chasto vstanovlyuyutsya za dopomogoyu skriningu prigotuvannya velikoyi kilkosti doslidzhuvanoyi rechovini i viprobuvannya shirokoyi riznomanitnosti umov kristalizaciyi chasto sotni abo navit tisyachi Dlya kristalizaciyi riznih molekul vikoristovuyutsya rizni fizichni mehanizmi znizhennya rozchinnosti napriklad zmina pH dodavannya solej abo rechovin sho znizhuyut dielektrichnu proniknist rozchinu abo velikih polimeriv takozh yak polietilenglikol sho vivodyat molekulu poza fazu rozchinu cherez Chasto viprobuyutsya rizni temperaturi dlya pidboru shvidkosti kristalizaciyi abo dlya stvorennya perenasichenogo rozchinu Ci metodi vimagayut velikoyi kilkosti doslidzhuvanoyi rechovini visokogo rivnya ochishennya yaki napriklad u vipadku bilkiv chasto buvaye vazhko otrimati Dlya ekonomiyi rechovini buli rozrobleni roboti zdatni rozdilyati mali kilkosti rechovini blizko 100 nanolitriv sho dozvolyaye zmenshiti vitrati rechovini Vidomo dekilka chinnikiv sho pereshkodzhayut kristalizaciyi Napriklad kristali zagalom trimayut pri postijnij temperaturi i zahishayut vid vibracij yaki pereshkodzhali b otrimannyu yakisnogo kristalu Domishki v rozchini chasto vorozhi do kristalizaciyi Konformacijna gnuchkist v molekuli takozh pragne zmenshiti jmovirnist utvorennya uporyadkovanogo kristalu Cikavo sho rechovini zdatni do samo zbirki u regulyarni strukturi chasto neshilni zbiratisya u kristali Kristali mozhut psuvatisya spoluchennyam kilkoh centriv kristalizaciyi hocha suchasni obchislyuvalni metodi zdatni otrimuvati strukturu deyakih z takih kristaliv Chasto yaksho kristalizaciya ne vdayetsya dlya yakoyis rechovini kristalograf probuye desho modifikovanu molekulu navit dribnici v molekulyarnih vlastivostyah mozhut prizvoditi znachnoyi riznici u vlastivostyah yiyi kristalizaciyi Zbir danih Dzherela viprominyuvannya Difraktometr Dokladnishe ta Sinhrotron Dlya oprominyuvannya kristala potribne monohromatichne dzherelo rentgenivskogo viprominyuvannya Najyaskravishi i najkorisnishi dzherela rentgenivskogo viprominyuvannya sinhrotroni velika yaskravist yih svitla dozvolyaye otrimannya najkrashoyi rozdilnoyi zdatnosti Voni takozh zruchni dlya regulyuvannya dovzhini hvili viprominyuvannya sho korisno na priklad dlya fazovogo analizu za dopomogoyu metodu MAD opisanogo nizhche Sinhrotroni zazvichaj duzhe koshtovni ta isnuyut tilki v derzhavnih naukovih centrah de voni vikoristovuyutsya kozhnu hvilinu dnya i nochi U laboratoriyah vikoristovuyutsya menshi ta slabshi dzherela rentgenivskogo viprominyuvannya zazvichaj dlya perevirki yakosti kristaliv pered provedennyam doslidzhen za dopomogoyu sinhrotronu ta dlya otrimannya grubogo analizu rechovini U takih sistemah elektroni vilitayut z katodu i priskoryuyutsya za dopomogoyu elektrichnogo potencialu blizko 50 kV pislya chogo bombarduyut metalevu plastinu sho privodit dlya otrimannya galmivnogo viprominyuvannya i rekombinacijnogo viprominyuvannya u viglyadi kilkoh silnih spektralnih linij sho vidpovidayut zbudzhennyu elektroniv vnutrishnih orbitalej atomu metalu Yak material ciyeyi plastinki najzagalnishe vikoristovuvanij mid yaku legko oholodzhuvati cherez yiyi visoku teploprovidnist otrimuyuchi yaskravi liniyi Ka and Kb Liniya Kb inodi vidalyayetsya za dopomogoyu tonkogo sharu 0 01 mm nikelevoyi folgi Ci dzherela dayut blizko 2 kVt viprominyuvannya v zvichajnisinkomu varianti i priblizno do 14 kVt u najdorozhchih variantah Otrimane rentgenivske viprominyuvannya zazvichaj filtruyetsya dlya otrimannya yedinoyi dovzhini hvili monohromatichnogo viprominyuvannya i kolimuyetsya pered podacheyu na kristal Filtruvannya ne tilki sproshuye analiz danih ale i usuvaye viprominyuvannya yake pogirshuye kristal bez dodavannya korisnoyi informaciyi Kolimaciya robitsya abo za dopomogoyu kolimatoru zazvichaj dovgoyi metalevoyi trubki abo pevnim roztashuvannyam slabo vikrivlenih dzerkal Dzerkalnim sistemam viddayetsya perevaga dlya malenkih kristaliv do 0 3 mm abo z kristalam z velikim rozmirom kristalichnoyi charunki ponad 150 A Inshi metodi rentgenostrukturnogo analizu Metod Laue Dokladnishe Metod Laue U metodi Laue vuzkij nemonohromatichnij puchok rentgenivskih promeniv chi nejtroniv napravlyayetsya na neruhomo zakriplenij monokristalichnij zrazok Cej puchok mistit rentgenivski promeni z naborom dovzhin hvil u shirokomu intervali znachen U kristali vidbuvayetsya vidbir i difraguye tilki viprominyuvannya z diskretnim naborom dovzhin hvil l takih sho dlya cih dovzhin hvil mizhploshinni vidstani d i kuti padinnya 8 zadovolnyayut zakonu Brega Metod Laue nadzvichajno zruchnij dlya shvidkogo viznachennya simetriyi kristala i jogo oriyentaciyi Vin vikoristovuyetsya takozh dlya viznachennya rozmiriv spotvoren i defektiv sho vinikayut u kristali pri mehanichnij i termichnij obrobci Shema kameri Laue Dzherelo rentgenivskih promeniv vipuskaye viprominyuvannya sho maye sucilnij spektr z dovzhinami hvil napriklad vid 0 2A do 2A Sistema diafragm dozvolyaye otrimati dobre napryamlenij puchok Rozmiri monokristalu mozhut ne perevishuvati 1 mm Ploska rentgenivska plivka roztashovuyetsya tak sho na neyi popadayut abo prohidni abo vidbiti difragovani promeni Difrakcijna kartina skladayetsya iz seriyi plyam refleksiv na mal 2 pokazana difrakcijna kartina dlya kremniyu Kozhna ploshina kristala sho vidbivaye vibiraye z padayuchogo puchka viprominyuvannya z tiyeyu dovzhinoyu hvili sho zadovilnyaye zakon Brega 2dsin8 pl Oderzhuvana difrakcijna kartina harakterizuye simetriyu kristala napriklad yaksho kristal sho maye vis simetriyi chetvertogo poryadku oriyentovanij tak sho cya vis paralelna padayuchomu puchku to lauegrama takozh bude mati vis simetriyi chetvertogo poryadku Lauegrami shiroko vikoristovuyutsya dlya oriyentaciyi kristaliv pri eksperimentalnomu vivchenni riznih tverdih til Metod Laue praktichno nikoli ne zastosovuyetsya dlya viznachennya kristalichnoyi strukturi Sprava v tim sho ta sama atomna ploshina mozhe davati kilka zobrazhen riznih poryadkiv tomu sho dlya otrimannya lauegram vikoristovuyetsya shirokij interval znachen dovzhin hvil tomu okremi plyami na lauegrami mozhut viyavitisya rezultatom nakladannya zobrazhen riznih poryadkiv Ce uskladnyuye viznachennya intensivnosti danogo vidbivannya sho u svoyu chergu uskladnyuye viznachennya bazisu Metodi doslidzhennya polikristaliv Dokladnishe Metod poroshkovoyi difrakciyi Doslidzhennya vugilnoyi rechovini Rentgenivska difraktometriya provoditsya pid velikimi pid serednimi i pid malimi lt 6o kutami Parametri molekulyarnoyi strukturi vugillya viznachayutsya za rezultatami zjomki pid velikim i serednimi kutami Rozrahovuyetsya mizh yaderna vidstan d002 rozmiri aromatichnogo yadra La tovshina paketu Lc i tekstura oriyentaciya T Zjomki pid malimi kutami dozvolyayut rozrahovuvati pozdovzhni LII i poperechni Lo rozmiri nadmolekulyarnih utvoren rozmiri i formu molekulyarnih por i ob yem serednoyi mikropori Krim togo za danimi rentgenivskih zjomok mozhna viznachiti sklad i kilkist mineralnih skladovih PrimitkiGeerlof A Brown J Coutard B Egloff MP Enguita FJ Fogg MJ Gilbert RJ Groves MR Haouz A Nettleship JE Nordlund P Owens RJ Ruff M Sainsbury S Svergun DI Wilmanns M 2006 The impact of protein characterization in structural proteomics Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 62 Pt 10 1125 36 PMID 17001090 Chernov AA 2003 Protein crystals and their growth J Struct Biol 142 1 3 21 PMID 12718915 Rupp B Wang J 2004 Predictive models for protein crystallization Methods 34 3 390 407 PMID 15325656 Chayen NE 2005 Methods for separating nucleation and growth in protein crystallization Prog Biophys Mol Biol 88 3 329 37 PMID 15652248 Stock D Perisic O Lowe J 2005 Robotic nanolitre protein crystallisation at the MRC Laboratory of Molecular Biology Prog Biophys Mol Biol 88 3 311 27 PMID 15652247 Saranchuk V I Ajruni A T Kovalev K E Nadmolekulyarnaya organizaciya struktura i svojstva uglej Kiev Naukova dumka 1988 191 s DzherelaZ G Pinsker Rentgenovskaya kristalloptika Moskva Nauka 1982 PosilannyaRENTGENOSTRUKTURNIJ ANALIZ