Рентгеноструктурный анализ рса макромолекул



Рентгеноструктурный анализ

Главной задачей рентгеноструктурного анализа является определение кристаллической структуры, а именно: определении симметрии, параметров элементарных ячеек, координат атомов, тепловых параметров атомов, длин связей и углов между атомами, структурного мотива (или иначе топологии структуры).В процессе расшифровки структуры возможно уточнение таких кристаллохимических особенностей как упорядочение/разупорядочение катионов (анионов), степень заселенности позиций, анализ сверхструктур соединений.

Результаты расшифровки структуры кристаллического соединения могут служить основой для более широких выводов. Так, например, определение симметрии кристаллических веществ является важным для суждений об условиях их образования, так как для одного и того же по химическому составу соединения может быть известно несколько полиморфных модификаций, коррелирующих с условиями их генезиса. Определение неразрушающим методом фазы кристаллического объекта, то есть диагностика вещества по значению параметров элементарной ячейки, может быть полезным, скажем, для ювелирной индустрии.

С помощью монокристальных дифрактометров возможно получать не только «классические» структурные данные, но также данные в формате порошковой рентгенографии. Речь идет о тех случаях, когда нет достаточного количества вещества для порошковой рентгеновской дифракции. Этот метод может быть использован для диагностики фаз (по нескольким зернам), а также, например, для получения рентгенограммы (дебаеграммы) необходимой для описания нового минерала.

Важной опцией реализуемой с помощью программного обеспечения монокристальных дифрактометров, является возможность построения сечений обратного (дифракционного) пространства, что особенно актуально для соединений со сверхструктурами или минералов, проявляющих способность к ионному обмену (рисунок 1).

Рисунок 1. Реконструкция обратного пространства в структуре минерала квинтинит

Рисунок 1. Реконструкция обратного пространства в структуре минерала квинтинит (Mg4Al2(OH)12CO3•3H2O)

Источник

Рентгеноструктурный анализ

Очень плодотворным методом изучения геометрического строения молекулы (взаимного расположения центров атомов и углов между связями) является метод рентгеноструктурного анализа кристаллов органических веществ. Он основан на том, что всякое вещество обладает способностью рассеивать падающее на него излучение, в том числе рентгеновское. При этом рассеяние рентгеновских лучей кристаллами находится в определенном соответствии с расположением атомов в кристалле.

Одиночный кристалл представляет собой тело, в котором вещество распределено с периодически повторяющейся в трех измерениях плотностью. Как на обоях один и тот же рисунок многократно заполняет со строгой повторяемостью плоскую поверхность, так и в кристалле имеется группа молекул, повторением которой в пространстве строится кристалл. В кристалле всегда имеется возможность выделить некоторый минимальный объем в виде параллелепипеда (в общем случае косоугольного); пространство, занимаемое кристаллом, можно считать заполненным такими параллелепипедами, приложенными друг к другу. Такой параллелепипед носит название элементарной ячейки кристалла. В состав ячейки может входить одна или несколько молекул вещества.

Строгая упорядоченность расположения молекул в кристалле делает его удобным объектом для изучения строения молекул. Только в кристалле имеются миллиарды молекул, одинаково расположенных по отношению к падающему лучу и дающих одинаковые, усиливающие друг друга рассеянные лучи.

При падении на кристалл рентгеновских лучей в некоторых направлениях возникают очень интенсивные рассеянные лучи; в этих направлениях молекулы рассеивают лучи в одной фазе. В то же время имеется множество пространственных направлений, в которых рассеянные лучи не усиливают, а гасят друг друга (рассеянные волны приходятся не горб к горбу, а горб к впадине). Соответственно этому рентгенограмма кристалла, т. е.

фотоснимок картины рентгеновского рассеяния, состоит из отдельных пятен разной степени почернения. Определяя расстояния между пятнами и величины интенсивностей лучей, можно делать важные заключения о строении вещества.

Для рентгеноструктурного исследования нужен небольшой кристаллик (0,5—1 мм 3 ) вещества. Кристаллик устанавливают на пути узкого, пропущенного через диафрагмы луча. За кристалликом помещают на расстоянии нескольких сантиметров фотопленку. В зависимости от цели исследования производят съемку либо неподвижного кристалла на неподвижную пленку, либо кристалла, вращающегося около своей оси, на неподвижную пленку, либо вращающегося кристалла на пленку, находящуюся в движении, согласованном с вращением кристалла.

Задачи, решаемые методом рентгеноструктурного анализа, можно разбить на две категории: 1) задачи, решаемые измерением расстояния между пятнами рентгенограммы; 2) задачи, требующие для своего решения оценки интенсивности рассеянных лучей. Задачи первой категории могут быть решены за несколько дней, вторые — могут потребовать нескольких месяцев. Измеряя расстояния между пятнами рентгенограммы, можно определить массу молекулы, ее симметрию, сделать вероятные предсказания в отношении формы молекулы и, таким образом, принять или опровергнуть возможные, по химическим сведениям, соображения о химическом строении. Измерив интенсивность пятен, можно определить взаимное расположение атомов. Молекулярный вес, по рентгеновским данным, определяют следующим образом. Непосредственным результатом опыта является объем элементарной ячейки V. Если в ячейке имеется N молекул веса М ∙ 1,65 ∙ 10 –24 , то плотность вещества равна

Зная из пикнометрических или иных данных плотность ρ, можно из написанного равенства определить NM, т. е. число, кратное молекулярному весу. Однако значение N не может быть любым. В зависимости от принадлежности кристалла к тому или иному классу симметрии, для N имеется выбор лишь из двух-трех значений (скажем, 2, 4 или 8). Весьма часто знание симметрии приводит к одному единственному возможному значению N. Большей частью рентгеновские методы позволяют установить молекулярный вес однозначно.

Если число молекул в ячейке известно, то симметрия кристалла однозначно определяет симметрию молекулы. Часто, определив симметрию молекулы, можно сделать выбор между двумя изомерами.

Зная симметрию молекулы, число молекул в ячейке и форму ячейки, можно из ряда возможных моделей строения молекулы выбрать единственно правильную. Это делается на основании важнейшего правила органической кристаллохимии — правила плотной упаковки молекул в кристалле. Модель молекулы должна быть такой, чтобы в ячейке укладывалось нужное число молекул и притом укладывалось плотно, т. е. чтобы «выступ» одной молекулы заходил во «впадину» другой.

Если перечисленные сведения получены, то данные, которые может дать измерение расстояний между пятнами рентгенограммы, исчерпаны. Остается измерить интенсивности рассеянных лучей и произвести довольно громоздкие вычисления, при помощи которых с точностью до 0,01 Å (1Å=10 –8 см) могут быть определены все межатомные расстояния (как внутри молекулы, так и между атомами разных молекул), а также с точностью до 0,5° — величины валентных углов.

Рентгеноструктурные исследования показали, что расстояния между валентно связанными атомами значительно меньше расстояний между атомами, принадлежащими разным молекулам. Половина расстояния, соединяющего центры двух одинаковых атомов валентной связью, называется атомным радиу-

сом. Половина отрезка между центрами двух одинаковых ближайших атомов двух соседних молекул называется межмолекулярным, или вандерваальсовым, радиусом. В табл. 30 приведены эти величины.

На основании этих данных можно строить модели молекул при помощи срезанных шаров. Число срезов на каждом шаре должно быть равно числу атомов, с которыми атом, изображаемый данным шаром, образует валентные связи. Направления срезов должны быть перпендикулярны направлениям валентностей. Диаметр шара равен межмолекулярному диаметру, а расстояние от центра шара до плоскости среза равно атомному радиусу. Модели некоторых молекул показаны на рис. 47.

Читайте также:  Анализаторы как рецепторная система Их устойчивость и функции

Плотную упаковку таких моделей в соответственно увеличенной ячейке кристалла и рассматривают при обсуждении возможного строения молекулы.

Рентгеновские исследования послужили мощной опорой для стереохимии. Справедливость выводов о тетраэдричности связей четырехвалентного углерода была строго подтверждена на ряде соединений CR4, а также данными исследования алмаза. На многочисленных примерах было подтверждено плоское расположение атомов в ароматических системах.

Модель алмаза (рис. 48) показывает, что в кристалле алмаза каждый атом углерода лежит в центре правильного тетраэдра, а четыре ближайших атома углерода — в его углах. Иначе говоря, атомы углерода в алмазе находятся в положениях, отвечающих стереохимической модели Вант-Гоффа. Расстояние между ближайшими атомами углерода равно 1,54 Å.

В случае алмаза замечательно то, что каждый из названных четырех ближайших атомов углерода является таким же центральным атомом для четырех соседних и т. д. Таким образом, если считать, что атомы углерода связаны с соседними атомами своими четырьмя валентностями, то приходится признать, что все углеродные атомы, входящие в кристалл алмаза, связаны обычными, или главными, валентностями, а следовательно, весь кристалл алмаза, как бы велик он ни был, представляет собой одну громадную молекулу. Для того чтобы механически раздробить кусочек алмаза, необходимо преодолеть силы химических валентностей, чем и объясняется необыкновенная твердость алмаза.

В кристаллической решетке графита (рис. 49), так же как и в решетке алмаза, нельзя обнаружить отдельных молекул. Здесь атомы углерода расположены на плоскостях, в углах правильных шестиугольников, на которые разбита каждая плоскость, так что каждый такой атом является общим для трех смежных шестиугольников. Расстояние между ближайшими углеродными атомами равно 1,41 Å. Следующая плоскость, в которой атомы углерода расположены таким же образом, как и в первой, находится от первой на расстоянии 3,35 Å, т. е. на гораздо большем расстоянии (в 2,3 раза), чем атомы углерода, лежащие в одной плоскости.

Таким образом, в графите каждый атом углерода связан прочно лишь с тремя ближайшими атомами, и притом даже более прочно, чем в алмазе, а связь с четвертым атомом, находящимся в другой плоскости, является несравненно более слабой; это находится в соответствии с весьма совершенной спайностью, наблюдаемой для графита в направлении, перпендикулярном таким слабым связям.

Если в алмазе молекулой можно считать целый кристалл, то в графите молекулой является каждая плоскость, составленная из углеродных шестиугольников.

В отличие от алмаза и графита, кристаллы органических соединений отчетливо обнаруживают наличие отдельных молекул, атомы которых находятся в особенной пространственной близости друг к другу, тогда как атомы, относящиеся к различным молекулам, удалены друг от друга на более значительное расстояние. В соответствии с этим молекулы в кристаллах большинства органических веществ связаны друг с другом непрочно, и их дезагрегация происходит легко как при механических воздействиях (малая твердость), так и под действием тепла (плавление или возгонка при сравнительно низких температурах).

В подавляющем большинстве случаев органические кристаллы весьма схожи по упаковке молекул и состоят из плотно упакованных слоев. Чаще всего слой состоит из рядов параллельно расположенных молекул, например, как показано на рис. 50. Как видно из рисунка, в данном случае молекула имеет

шесть соседей. Упаковка в кристалле молекул одного из производных бензола изображена на рис. 51, на котором выделена проекция элементарной ячейки кристалла. Для ясности часть молекул показана скелетными схемами.

Обсужденная выше упаковка молекул типична для истинно кристаллических веществ. Однако среди органических веществ часто встречаются еще два конденсированных фазовых состояния, отличающиеся меньшей степенью упорядоченности молекул, чем в кристалле.

Для молекул, форма которых близка к сферической (метан, циклогексан, камфора) или к цилиндрической (парафины), методами рентгеноструктурного анализа и другими физическими методами обнаружено, что в некоторых условиях центры или оси молекул располагаются, образуя правильную решетку. В такой решетке молекулы вращаются около своих центров или осей, принимая все возможные ориентации. Такое состояние называется ротационнокристаллическим (газокристаллическим).

Еще меньшей, но вполне определенной степенью упорядоченности обладают некоторые вещества с сильнополярными молекулами удлиненной формы, такие, например, как n-азоксианизол. Их упорядоченность сводится лишь к параллельной ориентации длинных осей молекул, причем оси молекул не образуют правильной решетки, т. е. могут располагаться не на строго определенных расстояниях друг от друга. Такое состояние называется жидкокристаллическим. Жидкие кристаллы были визуально обнаружены Леманом еще в 1862 г.

Химика большей частью интересует не упаковка молекул в кристалле, а структура молекул. Однако определение упаковки молекул в кристалле является неизбежным этапом в рентгеноструктурном анализе и, таким образом, неразрывно связано с установлением структуры молекулы. К тому же исследования упаковки молекул в кристаллах представляют значительный самостоятельный интерес, поскольку от упаковки зависят такие свойства, как удельная теплота и температура возгонки, механические свойства, теплопроводность и т. д,

Особенностью рентгеноструктурного анализа как метода установления строения вещества является то, что он помогает выяснить не только очередность связи атомов друг с другом, но и их пространственное расположение, а также некоторые тонкости строения, трудно устанавливаемые иными путями. Так, рентгеноструктурный анализ является одним из главных способов определения наиболее выгодной конформации молекулы. Конечно, при вхождении в кристалл молекула может изменить свою конформацию, но поскольку энергия связи молекул в решетке незначительна, ее влияния на конформацию могут быть учтены.

Большинство сведений о координационном окружении атомов (например, наличие трехгранной бипирамиды у пятивалентного фосфора) получено при помощи рентгеноструктурного анализа. Строение «сэндвичевых» молекул типа ферроцена также могло быть непосредственно доказано только этим методом.

Для определения взаимного влияния атомов, передающегося по цепи конъюгации, рентгеноструктурный анализ имеет меньшее значение, чем спектральные методы и в особенности метод ядерного магнитного резонанса. Тем не менее известен ряд интересных закономерностей, коррелирующих эффекты сопряжения и длины связей. Так, например, длины связей С—Сl в хлорпро-

изводных парафинов равны в среднем 1,76—1,77 Å, в хлорпроизводных олефинов — 1,72 Åив соединениях ароматического

ряда — 1,70 Å. Длина углерод-углеродной σ-связи, составляющая

в этане 1,54 Å, уменьшается в полиацетиленах и их производных

до 1,38 Å, т. е. становится близкой к длине двойной связи С—С.

Читайте также:  Как начать писать заключительную часть

Методом рентгеноструктурного анализа можно точно измерять валентные углы, в частности валентные углы атома углерода. Как известно, если взаимодействия четырех валентно не связанных атомов, присоединенных к атому углерода, взаимно уравновешены, то связи образуют друг с другом тетраэдрические углы (109°28′). Но если не все заместители одинаковы, то равновесие нарушается. В парафиновых цепях атомы углерода, располо женные через один, находятся на расстояниях, существенно меньших суммы их вандерваальсовых радиусов, а потому испытывают отталкивание, которое приводит к возрастанию угла ССС примерно до 112° и уменьшению угла НСН примерно до 108°. Еще больше могут искажаться углы в циклических соединениях. На рис. 52 изображена молекула нортрициклена, в которой величины углов при метиленовых группах сильно отличаются от идеальных в результате взаимного отталкивания углеродных атомов. Если бы сохранились тетраэдрические углы, то атомы углерода метиленовых

групп находились бы друг от друга на расстоянии 2,2 Å, а

вершинный атом углерода — на расстоянии 2,5 Å от углеродных атомов треугольного основания. В реальной структуре напряжения распределяются равномерно и все указанные рас-

стояния соответственно становятся равными 2,35 Å.

Интересные результаты были получены при рентгеноструктурном исследовании длинноцепочечных молекул. Длинная цепочка групп СН2 парафинового углеводорода обладает большой подвижностью благодаря возможности вращения около ординарных связей. Энергетически наиболее выгодной является такая цепочка, у которой центры атомов углерода образуют плоский зигзаг. Так как длина углерод-углеродной связи равна

1,53 Å, а все углы ССС равны 112°, то вдоль прямой линии, проведенной через центры углеродных атомов и параллельной длинной оси цепочечной молекулы, атомы углерода будут пов-

торяться через 2,54 Å:

Рентгеновские исследования показали, что у твердых парафинов, кислот и других соединений, построенных в виде длинной цепи, молекулы имеют аналогичную зигзагообразную вытянутую форму. В кристалле такие молекулы образуют слои, причем концевые группы молекул каждого слоя лежат в одной плоскости (рис. 53). Кристаллы парафинов бывают двух типов:

в одних плоскость концевых групп перпендикулярна (рис. 53, А), в других — наклонена к осям молекул (рис. 53, Б). Рентгеновскими измерениями довольно легко устанавливается толщина слоя d. Для случаев, когда плоскости концевых групп перпендикулярны к осям цепей, удлинение молекулы на две группы СН2

должно вызывать увеличение толщины слоя на 2,54 Å. Такие соотношения действительно наблюдаются на опыте.

Рентгеновские измерения межплоскостных расстояний у кристаллов веществ с длинными цепями могут быть использованы для определения длины молекулы, т. е. для получения некоторых важных сведений о строении молекулы вещества.

Аналогично парафинам построены кристаллы жирных кислот. В слое, толщина которого близка к длине углеродной цепи молекулы кислоты, карбоксилы всех молекул обращены в одну и ту же сторону, т. е. на одной стороне слоя лежат только карбоксильные группы, а на другой — метальные группы. Слои расположены по отношению друг к другу по типу «голова к голове», т. е. метильные группы одного слоя примыкают к метильным группам другого; соответственно карбоксильные группы прилегают к карбоксильным группам. Таким образом, можно себе представить, что в кристалле имеются двойные слои, сомкнутые карбоксильными группами, причем вследствие образования водородных связей между этими группами два слоя оказываются прочно связанными. Наоборот, связь слоев по плоскостям, ограниченным метильными группами, вследствие насыщенности метилов является рыхлой, подобно связям отдельных плоскостей в кристалле графита. Этим объясняется скользкость кристаллов жирных кислот (и жиров).

Найденным при помощи рентгеноструктурного анализа зигзагообразным характером длинных цепей может быть объяснена хорошо известная периодичность свойств четных и нечетных членов гомологического ряда (см., например, температуры плавления кислот). Периодичность внутри ряда естественно объясняется монотонным возрастанием длины цепи при полном сохранении характера взаимного расположения цепей. А чем объясняется то, что молекулы с четными и нечетными числами атомов углерода укладываются в две последовательности, а не в одну, т. е. в чем различие этих двух рядов? Это различие лежит в симметрии молекулы. Если число атомов углерода нечетное

то через середину цепи можно провести плоскость симметрии, Если же число атомов четное

то таким элементом симметрии молекула не обладает. Ее возможная симметрия — центр инверсии, или двойная ось симметрии, перпендикулярная цепи.

Поскольку способ упаковки молекул зависит от их симметрии, молекулы двух указанных рядов образуют кристаллы, различающиеся энергией решетки. Это и приводит к указанному выше чередованию свойств у членов гомологического ряда, получившему название «четно-нечетного эффекта».

С наибольшим успехом рентгеноструктурный анализ может быть применен к веществам, образующим одиночные кристаллы. Однако рентгеновское исследование высокомолекулярных соединений также приводит к ряду интересных результатов. Этим методом были с успехом исследованы такие высокополимерные соединения, в которых длинноцепочечные молекулы расположены с высокой степенью упорядоченности. К их числу относятся растянутый каучук, многие полиамиды, целлюлоза и т. д.

Кроме ряда научных данных, используемых в теории строения вещества, рентгеноструктурный анализ органических кристаллов оказывает помощь органической химии при установлении строения отдельных соединений, Так, например, по данным, полученным этим методом, из нескольких возможных химических формул пенициллина была выбрана одна. Рентгеновский анализ был применен для исследования строения многих десятков стероидов; при этом выяснилось, что некоторым стероидам приписывались неправильные пространственные конфигурации При помощи этого метода была полностью расшифрована структура такого сложного вещества, как фталоцианин. Рентгеновский метод позволяет надежно определять молекулярные веса белков; для этого необходимы хорошо образованные кристаллы белков, дающие возможность получать хорошие снимки.

Источник

Рентгеноструктурный анализ (РСА)

На плакате последовательно, по щелчку, появляются элементы таблицы. Даю пояснения, что можно исследовать, испытывать и контролировать. Как каждая категория называется, и на какие подвиды делится.

Металлы и сплавы можно анализировать в разных направлениях:

  • Методы исследования — структура, фазовый состав, температуры превращений сплава.
  • Методы исследования — свойства и пригодность к применению
  • Методы контроля — выявление дефектов

Слайд_2

Методы исследования

Металлографические исследования

Главное отличие микроанализа от макроанализа — это возможность различать зёрна не только по форме и величине, но и определить их строение, фазовый состав, а также следить за их изменением под влиянием внешних воздействий

На плакате представлены фото задач, решаемых с помощью макро- и микроанализов. Кратко перечисляю эти задачи

Макроанализ

Задачи макроанализа:

• Определить макростроение материала;

• Выявить макродефекты (пустоты, трещины);

• Определить качество сварного шва;

• Изучить вид изломов

Микроанализ

Задачи микроанализа:

• Форму и размер кристаллических зерен и их внутренне строение;

Читайте также:  Понятие цель и задачи аудита кредитов и займов

• Рассчитать объемные доли отдельных фаз и структурных составляющих;

• Определить размер фаз, включений:

• Проследить за изменениями структуры сплава, которые происходят под влиянием различных режимов термической, химико-термической и термомеханической обработок;

• Выявить микродефекты (непровары сварного шва)

• Построение 3-d моделей поверхности и определение её характеристик

Слайд_3

По таблице рассказать из чего состоит микроскоп. Дать пояснения к изображениям структур. Сказать в чём заключается их принципиальные различия.

Различают несколько видов микроскопии:

Вид микроскопии Световая оптическая микроскопия Электронная микроскопия Сканирующая зондовая микроскопия
Микроскоп ближнепольная СМ, инфрокрасная СМ; сканирующая (растровая) ЭМ, просвечивающая ЭМ; атомно-силовая М магнитно-силовая М сканирующая туннельная М
Разрешающая способность 1 мкм до 10 нм до 10 нм
Увеличение 50 — 1000 крат. 10 000 — 100.000 крат до 500 000 крат
Назначение Изучения микроструктуры и обнаружение дефектов материала при небольших увеличениях Изучение микроструктуры, линейных дефекты и сбор информации о составе, свойствах и строении приповерхностных слоёв материала РЭМ — получение изображения поверхности объекта ПЭМ — изучениявнутреннегостроения Получение 3-х мерного изображения поверхности и определение геометрических характеристик
Состав микроскопа 1. Окуляр — система линз обращена к глазу и дает его мнимое увеличенное изображение 2. Объектив — система линз обращена к объекту и дает его обратное действительное увеличенное изображение 3. Осветительная система – источника света, с помощью линз, диафрагм сфетофильтров, 1. Электронно-оптическая система − формирование электронного зонда и сканирование им поверхности образца 2. Система изображений, 3. Вакуумную система — для удаления воздуха 4. Устройства точной механики (шлюзы, держатели образцов). 1. Жёсткий корпус — удерживающий систему 2. Держатель образца, 3. Устройства манипуляции — грубые, точные 4. Зонд 5. Система регистрации отклонения зонда — оптическая, ёмкостная, туннельная 6. Система обратной связи 7. Управляющий блок с электроникой
Приготовление шлифов Требуется подготовка микрошлифа 1. Шлифование — грубое выравнивание поверхности на абразивной бумаге 2. Полировка — тонкое выравнивание поверхности (электрохимическое в составе кислот или механическое на фетре) 3. Травление — выявления микроструктуры (химическим) РЭМ. Особой подготовки не требуется. При исследовании структуры используют микрошлифы. ПЭМ. Исследования проводят на репликах и фольгах. Реплика должна полностью воспроизводить рельеф поверхности микрошлифа. Толщина = 0,01мкм. Приготовляют путем термического распыления вещества в вакууме и осаждения его на поверхность шлифа. Фольга — тонкая пластина (h=0,1мм) с маленькими отверстиями (Æ»0,5мм). Величина перепада высот на поверхности образца должна быть не более 5 мкм.

Слайд_4

Рентгеноструктурный анализ (РСА)

Рентгеноструктурный анализ основан на проникновении в металл и отражении рентгеновских лучей от кристаллографических плоскостей решетки.

Задачи рентгеноструктурного анализа:

· установление типа и периода кристаллической решетки исследуемого металла (рис. 1),

· исследование несовершенств, дефектов атомно-кристаллической структуры,

· изучение текстуры материала после его обработки,

· определение внутренних остаточных напряжений.

Широкое распространение получил метод прямого измерения интенсивности отраженных рентгеновскихлучейс автоматической записью результатов на диаграммной ленте.
На дифрактограмме (рис. 1), наблюдаются дифракционные максимумы, соответствующие определенным углам отражения рентгеновских лучей.

Формула для расчёта межплоскостного расстояния dHKL:

dHKL – межплоскостное расстояние, в n раз меньшее, чем в семействе ;

d – межплоскостное расстояние в семействе ;

n – порядок отражения;

λ – длина волны излучения.

Качественный фазовый анализ позволяет определить фазовый состав образца.Для этого по углу дифракции рассчитывают межплоскостные расстояния и сравнивают их для всех линий с табличными значениями. Затем определяют фазы и индексы интерференции «hkl».

Количественный фазовый анализ позволяет рассчитать объемную долю фаз. Определяют интегральнуюинтенсивности рентгеновских дифракционных линий каждой из фаз, которые пропорциональны объему соответствующей фазы в образце.

Слайд_5

Дата добавления: 2018-08-06 ; просмотров: 212 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Рентгеноструктурный анализ (РСА)

Методы рентгеноструктурного анализа позволяют судить о строении биологических макромолекул и их комплексов (в частности, эти методы помогли установить в 1953 году структуру ДНК). В основе рентгеноструктурного анализа лежит получение кристаллов макромолекул и просвечивание их рентгеновскими лучами. По характеру дифракции рентгеновских лучей, проходящих через эти кристаллы, можно судить о строении образующих кристаллы молекул. Если кристаллы хорошего качества, то такую картину можно расшифровать с помощью специальных компьютерных программ, и это в принципе позволяет определить координаты всех атомов, из которых они построены. Поэтому РСА считают одним из наиболее мощных и информативных методов для изучения строения рибосом и других сложных белково-нуклеиновых комплексов. К недостаткам метода можно отнести, в первую очередь, трудности кристаллизации – до сих пор кристаллизация сложных рибонуклеопротеидов является скорее не наукой, а искусством, которым владеют лишь в нескольких лабораториях в мире. Даже к началу восьмидесятых годов XX века никому еще не удавалось получить пригодные для анализа кристаллы ни полных рибосом, ни их отдельных субъединиц. Вообще, кристаллизация каждого нового модельного комплекса рибосом с участниками процесса трансляции является событием.

Получить пригодные для РСА кристаллы рибосомных субчастиц даже простейших эукариот удалось впервые лишь в 2010 г. (это было сделано в группе М. Юсупова в Страсбурге). Определенные с помощью РСА координаты атомов рибосом и их модельных комплексов помещают в доступный через интернет банк данных, каждая структура имеет свой код, который известен из публикаций в научных журналах. Визуально структурную информацию можно представлять любым удобным образом. В качестве примера ниже приведена структура малой субчастицы рибосом термофильной бактерии Thermus thermophilus, полученная в 2002 г. в лаборатории В. Рамакришнана — одного из трех Нобелевских лауреатов по химии 2009 г., получивших премию за расшифровку структуры рибосомы. На этой структуре полипептидные цепи белков и полинуклеотидные цепи рРНК изображены ленточками.

Строение малой субчастицы рибосом Thermus thermophilus по данным РСА, 2002 г.

При всей ценности результатов, полученных с помощью РСА, следует отдавать себе отчет, что кристаллы рибосом получают в условиях, очень далеких от физиологических: при высокой концентрации солей и в присутствии специальных органических добавок (например, метилпентандиола) при пониженной температуре. Поэтому строение реально работающей рибосомы может заметно отличаться от строения рибосомы в кристалле. Наконец, РСА дает информацию только об одном, «замороженном», состоянии рибосомы, и не дает представления о конформационной динамике, необходимой для функционирования рибосомы. Поэтому полноценное представление о той структуре нуклеопротеида, которая осуществляет свои функции в клетке, можно получить только из совокупности данных, полученных с помощью РСА и различных биохимических подходов, о которых пойдет речь ниже.

Источник

Adblock
detector