安捷倫Gemini X射線單晶衍射儀的使用及日常維護

楊 華 宋學英

(首都醫(yī)科大學醫(yī)學測試中心，北京 100069)

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儀器使用與維修

安捷倫Gemini X射線單晶衍射儀的使用及日常維護

楊 華 宋學英

(首都醫(yī)科大學醫(yī)學測試中心，北京 100069)

X射線單晶衍射儀提供了一種無損傷的物理分析測試技術，它能測試有機物及無機物的晶體內(nèi)部的分子結構，包括晶體空間群，晶胞大小，原子間的鍵長，鍵角，分子在晶體中的堆積方式及氫鍵關系等。X射線單晶衍射儀法廣泛應用于物理學，化學，材料科學，分子生物學和藥學等學科。成為人們獲得固體微觀結構的強有力手段。本文將就X射線單晶衍射儀在小分子中的應用技巧及主要硬件的日常維護加以探討[1]。

X射線單晶衍射儀 應用技巧 日常維護

X射線單晶衍射儀可以測定晶體的微觀結構。單晶結構分析是目前諸多固態(tài)物質結構分析方法中可以提供信息量最多最常用的研究方法，因此單晶結構分析已經(jīng)成為十分常見且使用方便的研究方法，逐步成為相關研究領域日常科研工作的不可或缺的一部分。X射線衍射包括單晶衍射和粉末衍射分析兩大類分支，本文主要介紹安捷倫Gemini X射線單晶衍射儀在小分子結構測試中的使用技巧及硬件維護。

1 X射線單晶衍射儀的使用

1.1 Gemini單晶衍射儀的系統(tǒng)組成

安捷倫Gemini單晶衍射儀是一款經(jīng)典的小分子單晶衍射儀，可以分析單晶的結構和簡單粉末實驗。整個系統(tǒng)包括：X射線發(fā)生器，四圓測角儀，高壓發(fā)生器，CCD面探測器，穩(wěn)壓電源，樣品低溫裝置，循環(huán)水冷機，數(shù)據(jù)控制及處理系統(tǒng)。其中核心部件是X射線發(fā)生器，高壓發(fā)生器，CCD面探測器及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，水冷機，穩(wěn)壓電源，低溫裝置是輔助設備，主要部件如圖1所示。

1.2 常規(guī)數(shù)據(jù)采集和處理流程

1.2.1 晶體的選擇

晶體選擇的原則是挑選外形整齊，表面光澤透明，顏色均勻一致，沒有裂縫和缺陷，而且必須是單顆晶體，周圍不能有微小晶體粘附，晶體的形狀也盡量選擇近似球形或立方體形，必要的時候需要在顯微鏡下切割處理、清洗，以減少吸收矯正誤差。晶體的大小需要根據(jù)X射線準直器的直徑來選擇，一般晶體的大小要小于準直器的直徑，使整個晶體都沐浴在X射線束里。晶體在粘晶之前要用硅油清洗雜質(見圖2)。

1.2.2 晶體的安裝

選擇好的晶體用粘合劑粘在毛細管拉成的玻璃纖維上。毛細管選擇直徑0.3mm的點樣毛細管，在酒精燈上拉成實心的玻璃纖維，原則上應選擇直徑比晶體小的玻璃纖維。對于一些敏感性樣品則需要在樣品外面包裹環(huán)氧樹脂或將樣品卡在內(nèi)徑合適的毛細管中，然后對毛細管兩端封口[2-5]， 如圖3所示。

1.2.3 上樣對心

調(diào)節(jié)晶體的水平和垂直位置，在0°、90°、180°、270°使晶體位于液晶顯示器的十字中心，嚴禁載晶座及調(diào)節(jié)工具的任何部位觸碰CCD檢測器，如圖4所示。

1.2.4 快速掃描

快速掃描可以幫助實驗者更快篩選晶體，確定晶體的衍射能力。掃描結束后會給出晶胞參數(shù)，完整度，衍射點照片并推薦預實驗曝光時間。

1.2.5 預實驗

根據(jù)快速掃描結果進行預實驗，如果晶體質量比較好，完全可以使用，儀器給定的實驗策略進行采集，反之也可以手動設置預實驗策略參數(shù)。預實驗可以確定初始晶胞參數(shù)，顯示指標化率。原則上指標化率>70%的晶體才可以收集數(shù)據(jù)，建議同一樣品嘗試3個晶體，選擇指標化率高的晶體采集數(shù)據(jù)。在掃描寬度為1度(默認設置)的情況下，Mosaicity e1、e2和e3在0.8～2之間為理想的晶體。測定菲類單晶體預實驗結果(見圖5)。

1.2.6 實驗數(shù)據(jù)的采集及數(shù)據(jù)后處理

預實驗結束后，會進入數(shù)據(jù)采集實驗策略窗口，設定一系列數(shù)據(jù)采集參數(shù)，包括目標分辨率，目標完整度，晶體對稱性，檢測器距離，掃描帶寬，曝光時間等。如果使用Cu光源則可以選擇不同角度曝光時間來滿足弱衍射晶體的數(shù)據(jù)采集，對于一些大晶胞可減小掃描寬度或增加檢測器到樣品的距離以減少衍射點重疊，在實驗時間允許的情況下盡量降低衍射點重疊率。

在數(shù)據(jù)采集之前會紀錄晶體的完整視頻，在此期間不要關閉屏蔽艙內(nèi)的照明燈光。數(shù)據(jù)采集結束0.5小時后高壓發(fā)生器的電流電壓會自動降到待機狀態(tài)(20kV,5mA)

2 Gemini單晶衍射儀硬件的日常維護

2.1 環(huán)境要求

冷卻水溫在10～20℃，冷卻水流量2L/min，相對濕度<80%，無凝結，室溫控制在18～23℃。

2.2 硬件的清洗及維護

除塵：包括衍射儀后面板散熱風扇，測角儀臺面?？梢杂梦鼔m器或壓縮空氣除塵，測角儀臺面可用潮濕軟布擦拭，但不可擦拭CCD檢測器的鈹窗口(見圖5)

清洗過濾器使時可以用牙刷刷洗濾芯，但不要丟失O型密封圈。(見圖6)

外置水冷機冷卻循環(huán)水的更換: 本實驗室采用國產(chǎn)水冷機，需要60升的純凈水，為了防止霉菌生長可以添加少量乙二醇，濃度大約在10%。

屏蔽倉連鎖檢查:為了防止射線泄露及時發(fā)現(xiàn)問題，保護實驗人員的安全，必須定期進行屏蔽倉的連鎖檢查，在待機狀態(tài)下檢查Shutter Open顯示燈是否靈敏。

輻射泄露測試:Mo靶測試時，50kV,40mA ,倉門關閉，快門打開時，屏蔽倉外<1uSv/hr。

快門關閉時，屏蔽倉內(nèi)<1uSv/hr。

光管老化:在更換光管或光管長時間不用的情況下進行，光管老化步驟見表1。進行到第5步之后可以以1 kV的步長逐步升高電壓，從而使老化過程更加平穩(wěn)可靠。

表1 Gemini光管老化步驟

衍射儀的校準:衍射儀在使用過程中，由于環(huán)境狀態(tài)的改變以及長時間使用造成的誤差，會影響儀器的靈敏度及精確度，所以我們要定期用儀器攜帶的標晶校正調(diào)試，校正結果應符合R1<5% ?？傊?， 維護好大型儀器是一個復雜的過程，通過幾年的使用經(jīng)驗，嚴格操作流程，加強日常儀器維護和調(diào)試，可以有效提高大型儀器的使用效率，降低大型儀器的維修成本。

[1] 李海燕，張勇，吳冰.Mercury型X單晶射線衍射儀的使用及維護[J] 蘇州大學學報 2011，27(4)：78-80.

[2] 陳小明，蔡繼文.單晶結構分析原理與實踐 [M].北京：科學出版社，2007：47-65.

[3] 張廣寧.X射線單晶衍射儀測試樣品的準備方法研究[J].吉林教育學院學報，2014，30(3)：153-154.

[4] 梁向暉，鐘偉強，毛秋平.X射線衍射儀的維護與使用[J].分析儀器，2015，(5)：89-91.

[5] 如何獲得理想的衍射數(shù)據(jù)[EB/OL] [2013-6-29]. http://wenku.baidu.com/link?url=r9OBq4_wdjB2TK-PxxoIwUtzZQu60jQGzaKXsyn4_94sTEv2sPfS_YVkw D4t7Jo3Lxb2kw8dRSJ2yVPMEUgjRfUhlEC0y0jHRtGrQN1b6TK.

Use and daily maintenance of X-ray single crystal diffractometer.

Yang Hua, Song Xueying

(CapitalMdeicalUniversity,Beijing100069,China)

This paper discussed the use skills of X-ray single crystal diffractometer in small molecule and the daily maintenance of main hardware.

X-ray single crystal diffractometer ;use skills;daily maintenance

楊華 ，女，1968年出生，實驗師，從事藥物分析工作，E-mail: yanghua@ccmu.edu.cn。

10.3936/j.issn.1001-232x.2016.06.022

2016-06-13