1、X射線晶體結構分析X-Ray Crystal Structure Analysis-A way to Nobel Prize課程介紹X射線晶體結構分析 晶體及其微觀結構是固體世界最主要的內涵之一。自100多年前倫琴發(fā)現X射線以來，X射線就成了人們研究晶體結構最主要的方法之一。本課程主要介紹用X射線進行單晶晶體結構分析的基本原理和方法。包括晶體幾何學基礎理論，倒易點陣與晶體衍射方向，單晶衍射數據的收集及衍射強度與空間群的測定等主要部分。Thomas A. Steite, USAVenkatraman Ramakrishnan, IndiaAda E. Yonath, Israeli Nobel

2、Prize winners associated with crystallography (41 scientists in 25 years)2011 Chemistry- Daniel Shechtman (Israeli), discovery of quasicrystals2009 Chemistry-V. Ramakrishnan, T.A. Steitz, A.E. Yonath: Studies of the structure and function of the ribosome 2006 Chemistry-R.D. Kornberg: Studies of the

3、molecular basis of eukaryotic transcription2003 Chemistry-R. MacKinnon: Potassium channels1997 Chemistry-P.D. Boyer, J.E. Walker, J.C. Skou: Elucidation of the enzymatic mechanism underlying the synthesis of adenosine triphosphate (ATP) and discovery of an ion-transporting enzyme1996 Chemistry-R.Cur

4、l, H. Kroto, R. Smalley: Discovery of the fullerene form of carbon1994 Physics-C. Shull and N. Brockhouse: Neutron diffraction1992 Physics-G. Charpak: Discovery of the multi wire proportional chamber1991 Physics-P.-G. de Gennes: Methods of discovering order in simple systems can be applied to polyme

5、rs and liquid crystals1988 Chemistry-J. Deisenhofer, R. Huber, H. Michel: For the determination of the three-dimensional structure of a photosynthetic reaction centre1985 Chemistry-H. Hauptman and J. Karle: Development of direct methods for the determination of crystal structures1982 Chemistry-A. Kl

6、ug: Development of crystallographic electron microscopy and discovery of the structure of biologically important nucleic acid“protein complexes1976 Chemistry-W.N. b: Structure of boranes1972 Chemistry-C.B. Anfinsen: Folding of protein chains1964 Chemistry-D. Hodgkin: Structure of many biochemical su

7、bstances including Vitamin B121962 Physiology or Medicine-F. Crick, J. Watson, M. Wilkins: The helical structure of DNA1962 Chemistry-J.C. Kendrew, M. Perutz: For their studies of the structures of globular proteins1954 Chemistry-L.C. Pauling: For his research into the nature of the chemical bond an

8、d its application to the elucidation of the structure of complex substances1946 Chemistry-J.B. Sumner: For his discovery that enzymes can be crystallised1937 Physics-C.J. Davisson and G. Thompson: Diffraction of electrons by crystals1936 Chemistry-Petrus (Peter) Josephus Wilhelmus Debye: For his con

9、tributions to our knowledge of molecular structure through his investigations on dipole moments and on the diffraction of X-rays and electrons in gases1929 Physics-L.-V. de Broglie: The wave nature of the electron1917 Physics-Charles Glover Barkla: Discovery of the characteristic Rntgen radiation of

10、 the elements 1915 Physics-W.H. Bragg and W.L. Bragg: Use of X-rays to determine crystal structure (William Lawrence Bragg, 31.3.1890-1st.7.1971, 25-year-old, the youngest Nobel winner)1914 Physics-M. Von Laue: Diffraction of X-rays by crystals1901 Physics-W.C. Rntgen: Discovery of X-rays課程介紹X射線晶體結構

11、分析 晶體及其微觀結構是固體世界最主要的內涵之一。自100多年前倫琴發(fā)現X射線以來，X射線就成了人們研究晶體結構最主要的方法之一。本課程主要介紹用X射線進行單晶晶體結構分析的基本原理和方法。包括晶體幾何學基礎理論，倒易點陣與晶體衍射方向，單晶衍射數據的收集及衍射強度與空間群的測定等主要部分。課程介紹X射線晶體結構分析 要求學生重點掌握勞埃衍射方程和布拉格衍射方程，倒易點陣和反射球的概念。掌握回擺照相、華圣堡照相和旋進照相的原理；倒易點陣坐標與底片坐標的關系，照片測量、指標化、晶體學參數的測定；系統消光與確定空間群的方法與原理。最終使學生達到能夠較為獨立地從事X射線晶體學一般研究和工作的專門人才

12、。課程介紹X射線晶體結構分析講課22學時照片測量與解讀9學時讀書報告4學時考試1學時講課內容：晶體幾何學基礎（4學時）倒易點陣與晶體衍射方向（4學時）單晶衍射數據測定（8學時）衍射強度與空間群的測定（6學時）讀書報告 （準晶體）（4學時）課程介紹X射線晶體結構分析實習內容：照片解讀與測量回擺照相（3學時）華圣堡照相（3學時）旋進照相（3學時）考試（1學時）課程介紹X射線晶體結構分析參考書X射線晶體學晶體結構分析基本理論及實驗技術，馬喆生、施倪承編著；中國地質大學出版社，1995晶體結構測定，周公度，科學出版社，1980International Tables for X-ray crystal

13、lography, Vol: I, II. Lonsdale, K. (ed.), 1952，1987，1995X-ray Crystallography晶體幾何學基礎X射線晶體結構分析晶體結構的對稱性對稱是晶體的基本結構特征，沒有對稱，就沒有結晶學。晶體宏觀對稱要素與微觀對稱要素的區(qū)別點：1、晶體宏觀對稱操作是繞某一點的操作；2、平移對稱操作是晶體微觀對稱的基本操作；3、前者沒有平移對稱操作。對稱操作晶體幾何學平移晶體結構中，某種幾何圖形（原子或分子的排列和取向）周期性的規(guī)則重復性。當重復周期為整倍數時，叫有公度的，當重復不為整倍數時，稱為無公度的。旋轉晶體結構中，某種幾何圖形繞某個軸旋轉某

14、個基本角而重復的對稱操作。反映由鏡面反射投影使晶體結構中某種幾何圖形重復的對稱操作。反伸晶體結構中某種幾何圖形由某點反向延伸產生重復的對稱操作。對稱操作晶體幾何學復合對稱操作由基本對稱操作組合而成。螺旋軸旋轉平移的組合。滑移面反映平移的組合。旋轉反伸軸旋轉反伸的組合。旋轉對稱操作晶體幾何學反映對稱操作晶體幾何學反伸對稱操作晶體幾何學螺旋對稱操作晶體幾何學滑移對稱操作晶體幾何學滑移對稱操作晶體幾何學滑移對稱操作晶體幾何學abc旋轉反伸對稱操作晶體幾何學與整倍平移共存的5種旋轉軸ABCDxxtgamtBDmtt+2xxtsingmtt2tsing t2tsin(a90) t2tcosam12cos

15、acosa(1m)/2垂直于屏幕面的以a為基轉角的對稱軸；t為平移長度。tt與整倍平移共存的5種旋轉軸ABCDxxtgamt垂直于屏幕面的以a為基轉角的對稱軸；t為平移長度。ttcosa(1m)/2由于|cosa|1，可得：m-1,0,1,2和3。推算出的m、a、n此圖形中有幾種對稱要素？點群晶體幾何學晶體宏觀對稱要素的組合稱為點對稱要素。點對稱要素的組合規(guī)律：1：LnP(|) LnnP2：LnL2()Lnn L23：Ln(偶)P()LnPC4：LniLniC5： LniP(|)LniP2()Lni L2() P(|)22nn：包含點群晶體幾何學三維點對稱要素（旋轉、反映、反伸、旋轉反伸）的組

16、合稱為點群（不存在平移操作），共有32個點群。空間格子（點陣）晶體幾何學晶體中存在的可重復的最小平行六面體稱為晶格或格子或空間格子。點陣的定向原則右手系立方點陣基向量|4次軸；六方點陣基向量|6次軸；棱面體點陣正定向：負定向：四方點陣c | 4次軸；a、b為相互垂直的2次軸；斜方點陣a、b、c為相互垂直的3個2次軸；單斜點陣b |2次軸； c |2次軸；三斜點陣僅可用約化晶胞表示。空間格子（點陣）特點立方點陣P、I、F三種；三、六方點陣只有P及R兩種；四方點陣只有P、I兩種；斜方點陣有P、C、I及F；單斜點陣AC（a、c軸可以互換）；B可以選為P；I、 F可以選為A及C。標準定向中，只有P、C

17、兩種。三斜點陣不存在帶心點陣。P：原始格子；I：體心格子；F：面心格子；A、B、C：底心格子；R：菱形格子空間格子（點陣）特點cbaabcbbB=PcbaabcbbI=AA為第一套格子，a為第二套格子空間格子（點陣）特點FCcbaabcggC=Pcbaabcbb空間群組合規(guī)律晶體幾何學空間群晶體內部對稱要素的組合。空間群對稱要素的組合規(guī)律：（1）平移組合規(guī)律：旋轉軸必|點陣行列， 點陣平面；點陣中，某節(jié)點有對稱軸所有點陣點都有對稱軸；對稱面在點陣中必|點陣平面， 點陣行列。（2） a間距為d的反映面組合垂直與它們的平移行列，t2d。（3）相交90的對稱面，交線對稱軸：兩面 交線為2次軸；b對稱

18、面豎直滑移面21軸；c兩豎直滑移面（滑移方向|交線方向） 交線為2軸； d,e反映面與水平滑移面相交，在1/4t處 2軸； f,g 2滑移面之一是水平滑移面時，在水平滑移方向1/4t處 21軸。（4）帶心點陣組合規(guī)律：空間群組合規(guī)律晶體幾何學（4）帶心點陣組合規(guī)律：底心點陣：（a）h有底心平面的反映面滑移面| 反映面，間隔為1/4t；（b）i有豎直方向的滑移面與它|的n滑移面，間隔1/4t ；側心點陣：（a）j有a軸方向的反映面mm 反映面包含n滑移面，它們相互重合；（b）k有a軸方向的b滑移面b滑移面包含c滑移面，它們相互重合；面心點陣：為3維的底心點陣，適合與底心點陣的組合規(guī)律， d滑移面；體心點陣：（a）l有對稱面m，在平行它的方向n，間隔為 1/4t ；（