Интенсивности лучей, рассеиваемых кристаллами

Рентгеновские лучи рассеиваются кристаллом неравномерно. В тех направлениях, в которых молекулы кристалла рассеивают лучи в одной фазе, рассеянные лучи обладают большой интенсивностью. Наоборот, в тех направлениях, где рассеянные волны приходятся горб к впадине, происходит погашение. В результате фотография картины рентгеновского рассеяния кристалла (рентгенограмма) состоит из пятен разной степени почернения (рис. Г). [c.23]

С другой стороны, в мозаичном кристалле блоки не имеют строго одинаковой ориентации и поэтому рассеивают лучи независимо друг от друга. Интенсивность суммарного рассеяния кристаллом в целом складывается арифметически из интенсивностей лучей, рассеиваемых отдельными блоками кристалла [c.61]

Для достижения высокого разрешения необходимо иметь кристаллы с высокой степенью упорядоченности (рис. 4-30). По мере прохождения через образец рентгеновские лучи рассеиваются электронами атомов, составляющими образец. Поэтому большие атомы с большим количеством электронов рассеивают рентгеновские лучи более эффективно, чем небольшие атомы, так что атомы С, N, О, Р регистрируются гораздо более надежно, чем атомы Н известно, что очень тяжелые атомы тоже рассеивают рентгеновские лучи очень эффективно. Процесс преобразования рентгенограммы в трехмерную структуру атомов, уложенных в молекулу, весьма сложен. Расшифровка рентгенограмм, образованных крупными и неупорядоченными молекулами белков, до 1960 года была невозможна (табл. 4-3). Эта процедура требует локализации и оценки интенсивности сотен тысяч пятен, равно как и фаз волн каждого пятна. В последние годы рентгеноструктурный анализ все более автоматизируется. Рассеянные рентгеновские лучи измеряются изощренными электронными детекторами, что сушественно ускоряет процесс накопления данных, а мощные компьютеры выполняют множество необходимых вычислений. В настоящее время наиболее длительным этапом в подобном исследовании является этап получения подходящих кристаллов исследуемых макромолекул зачастую на подбор оптимальных условий кристаллизации уходят годы. Но, несмотря на эти трудности, рентгеноструктурный анализ нашел широкое применение, поскольку до настоящего времени остается единственным [c.192]

На рис. 6.5 представлена типичная рентгенограмма кристаллического белка. Дифракционная картина представляет собой набор пятен, образующих регулярную двумерную решетку. Легко заметить, что существует определенная симметрия в характере расположения пятен на рентгенограмме. Рентгенограмму получают следующим образом небольшой кристалл белка в определенной ориентации помещают на пути тонкого пучка монохроматических рентгеновских лучей. При прохождении через кристалл лучи рассеиваются и попадают затем на фотопластинку, помещенную за кристаллом. Приведенная на рис. 6.5 картина представляет собой двумерную решетку, поскольку фотография была сделана в одной плоскости, в то время как сам кристалл является трехмерным. Сопоставляя дифракционные картины на фотографиях, сделанных в. различных плоскостях, можно составить представление о пространственной структуре молекулы. Имея серию рентгенограмм, подобных приведенной на рис. 6.5, можно измерить интенсивность рефлексов и расстояния между ними, что позволяет при соответствующей математической обработке этих данных построить карты электронной плотности. Такие карты в известном приближении характеризуют общую конформацию молекулы и позволяют при более-точном анализе выяснить расположение в пространстве каждого тяжелого атома в молекуле белка (при условии, что известна его аминокислотная последовательность). [c.186]

Третичная и четвертичная структуры белков определяются при помощи рентгеноструктурного анализа, который впервые был проведен применительно к миоглобину и гемоглобину Дж. Кендрью и М. Перутцем в Кембридже. Значение рентгеноструктурного анализа белков трудно переоценить, так как именно этот метод дал возможность впервые получить своеобразную фотографию белковой молекулы. Для получения информативной рентгенограммы необходимо было иметь полноценный кристалл белка с включенными в него атомами тяжелых металлов, так как последние рассеивают рентгеновские лучи сильнее атомов белка и изменяют интенсивность дифрагированных лучей. Таким образом можно определить фазу дифрагированных на белковом кристалле лучей и затем электронную плотность белковой молекулы. Это впервые удалось сделать М. Перутцу в 1954 г, что явилось предпосылкой Д 1я построения приближенной модели молекулы белка, которая затем была уточнена при помощи ЭВМ. Однако первым белком, пространственная структура которого была полностью идентифицирована Дж. Кендрью, оказался миоглобин, состоящий из 153 аминокислотных остатков, образующих одну полипептидную цепь, В результате было экспериментально подтверждено предположение Л. Полинга и Р. Кори о наличии в молекуле миоглобина а-спиральных участков, а также М. Перутца и Л. Брэгга о том, что они имеют цилиндрическую форму Несколько позднее М. Перутцем была расшифрована структура гемоглобина, состоящая из 574 аминокислотных остатков и содержащая около [c.43]

Рентгеновские лучи рассеиваются на электронах атомов аналогично тому, как рассеиваются световые волны, падающие на дифракционную решетку. Для монохроматического пучка рентгеновских лучей регулярная решетка кристалла играет роль трехмерной дифракционной решетки, дающей рефлексы в тех местах, где происходит усиление рассеянных лучей в результате интерференции. Структуру кристалла, или, точнее говоря, распределение электронной плотности, можно определить по рентгенограмме с помощью преобразования Фурье. Для этого необходимо знать интенсивность и направление дифрагированных лучей (что легко определить на фотопленке либо по распределению рефлексов, либо с помощью дифрактометра), а также их фазы. Определение фазы каждого рефлекса (главное условие при использовании преобразования Фурье) — наиболее трудная задача. Способ ее решения, разработанный для случая простых кристаллов, непригоден при установлении структуры белков. Проблема фаз была преградой на пути развития кристаллографии белков до тех пор, пока в 1954 г. Перутц и др. [2] не разработали метод изоморфного замещения, основанный на включении в определенные участки молекул белка тяжелых атомов без нарушения кристаллической структуры белка и его упаковки. Атомы металлов рассеивают рентгеновские лучи сильнее [c.15]

Интенсивность рассеяния рентгеновского излучения в веи естве зависит от угла, под которым это рассеяние наблюдается (по отношению к направлению падающего луча). Эта зависимость в случае газов выражается непрерывной кривой без минимумов и максимумов и может быть теоретически объяснена на основании представления о независимости движения отдельных молекул газа. Твердые кристаллы рассеивают рентгеновские лучи только в определенных направлениях, что является следствием фиксированного расположения атомов в узлах кристаллической решетки и дает возможность полного анализа молекулярной структуры кристалла. [c.161]

Атом обладает способностью рассеивать падающее на него излучение. Лучи света, потоки электронов, нейтронов, рентгеновское излучение — все известные виды излучения, падая на атом, рассеиваются им. Лучи, рассеянные отдельными атомами, усиливают или ослабляют друг друга в зависимости от взаимного расположения. Это явление называется дифракцией излучения на атомах. Ясно, что дифракция излучения приносит нам сведения о строении вещества. Определяя направления и интенсивность рассеянных лучей, можно получить ценные сведения о строении молекулы, и прежде всего о ее геометрии, т. е. о взаимном расположении центров атомов. Наиболее плодотворным в последнем отношении способом исследования является метод рентгеноструктурного анализа кристаллов органических веществ. [c.352]

Возможны два случая взаимодействия образца с монохроматическим пучком рентгеновских лучей образцы с кристаллической структурой рассеивают лучи когерентно без изменения длины волны, т.е. рассеяние сопровождается дифракцией лучей от образцов с нерегулярной структурой, т.е. содержащих аморфные и кристаллические области, рассеяние происходит некогерентно и сопровождается изменением длины волны. На этом основано использование рентгеноструктурного анализа для оценки структурной упорядоченности в расположении макромолекул и их частей. Интенсивность и направление рентгеновских лучей, претерпевших дифракцию на кристалле, регистрируют счетчиком квантов (счетчиком Гейгера или др.) или фотографически. [c.168]

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. [c.731]

Ориентируя кристалл определенным образом, можно определить постоянные решетки, а, следовательно, и размеры элементарной ячейки. Зная плотность кристалла, можно рассчитать массу элементарной ячейки, а зная химический состав кристалла и атомный вес элементов, можно определить число атомов в элементарной ячейке. Наконец, дифракционная картина позволяет установить тип симметрии кристалла. Получаемой таким путем информации часто достаточно для определения структуры кристалла, по крайней мере в простых системах (для более сложных структур требуется более тщательный анализ). Атомы различного сорта в зависимости от числа электронов обладают различной способностью рассеивать рентгеновские лучи, что выражается фактором рассеяния . Общая интенсивность пучка, дифрагированного элементарной ячейкой, состоит из вкладов различных атомов, а усиление или ослабление интенсивности объясняется тем или иным геометрическим расположением атомов или различием факторов рассеяния. [c.26]

Вещество обладает способностью рассеивать падающее на него излучение. Лучи света, электронные лучи, потоки нейтронов, рентгеновское излучение — все известные виды излучения, падая на вещество, рассеиваются им. Рассеянные лучи приносят нам сведения о строении вещества. Определяя направления и интенсивность рассеянных лучей, можно получить ценные сведения о строении молекулы и прежде всего о ее геометрическом строении, т, е. о взаимном расположении центров атомов. Наиболее плодотворным в последнем отношении способом исследования является метод рентгеноструктурного анализа кристаллов органических веществ. [c.637]

Применяя рентгеновский структурный анализ, изучают молекулярно-атомное строение вещества — структуру кристаллов, жидкостей, газов, строение электронной оболочки атома и т. п. Этот анализ является дифракционным методом. При падении рентгеновских лучей на какое-либо тело электроны атомов этого тела рассеивают их во всех направлениях. Рассеянные лучи интерферируют друг с другом, и в некоторых направлениях, зависящих от характера и расположения атомов облучаемого вещества, получается усиление рассеянной волны, в других, наоборот, полное ее поглощение. Методы рентгеновского структурного анализа сводятся к изучению расположения и интенсивности интерференционных пучков лучей и выяснению на этом основании картины строения вещества. [c.17]

Чрезвычайно важно, что нематические жидкие кристаллы рассеивают свет (становятся мутными) не только в неориентированном виде, но и в виде монокристальных пленок 20. Интенсивность рассеянных лучей уменьшается с увеличением угла ф между падающим и рассеянным лучами. Установлено, что вектор Е рассеянного света колеблется главным образом в направлении, перпендикулярном к направлению колебаний падающего света (Яр). Так, например, если /ор — колебания, лежащие в плоскости рассеяния УZ, и /ср —колебания в плоскости ХЕ, то для ф = 9° коэффициент деполяризации [c.43]

Совокупность атомов, расположенных в элементарной ячейке кристалла, можно рассматривать как молекулу , по отношению к которой вполне применимы выведенные в предыдущем разделе соотношения. Элементарная ячейка кристалла, мысленно вырванная из кристалла, будет рассеивать рентгеновские лучи во всех направлениях. Амплитуда, начальная фаза и интенсивность рассеяния будут определяться формулами (12а), (126) и (12в). [c.33]

При падении рентгеновских лучей на кристалл в некоторых направлениях возникают очень интенсивные рассеянные лучи. Это те направления, в которых молеку.ты рассеивают лучи в одной фазе. В ТО же время имеется множество пространственных напраблений, 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, исследователь получает возможность делать важные заключения о строении вещества. [c.638]

Спустя год, в апреле 1927 г., Орелкин пишет Фаворскому Свою работу — исследование кристаллов симм. трифенилбензола я закончил так, как мне хотелось, т. е, с хорошим результатом. Но это исключительно благодаря тому, что я избрал углеводород для исследования, и это дает возможность расчислять спектры хоть и весьма грубо, но с намеком на истину. Если бы я взял, не говоря уже о ке-тонах и кислотах, например, галоидное производное углеводорода, то вся бы моя работа окончилась только на сомнительном определении пространственной группы. Дальше этого пока нет возможности идти. Сейчас, например, Брэгг вычисляет интенсивности спектров от кристаллов нафталина и антрацена и некоторых других веществ, которые он измерял раньше, и... эти интенсивности не совпадают с его построениями моделей нафталина и др. Все дело в том, что вычисления производятся по заведомо неправильным формулам (принимается, что Х-лучи рассеиваются электронами, находящимися в центре атома). Эти формулы дают несколько правдоподобные результаты, только когда атомный номер не велик. Когда же [c.171]

Рентгеноструктурный анализ дает высокую точность в определении координат атомов и, следовательно, в определении длин связей, валентных углов, углов вращения и других внутренних параметров молекулы. Исключение составляют атомы водорода, поскольку на них рентгеновские лучи рассеиваются значительно слабее. Однако это обстоятельство в большинстве практически интересных случаев не столь существенно. Во-первых, координаты атомов водорода почти всегда представляется- возлюжным оценить, исходя из стереохимических соображений во-вторых, в распоряжении кристаллографов имеется нейтронографпческий анализ [43], методика которого по существу не отличается от методики рентгенографии кристаллов. Нейтроны рассеиваются на ядрах, причем интенсивность поглощения весьма слабо зависит от атомного номера. Поэтому нейтронографический анализ позволяет локализовать атомы водорода, что особенно интересно, если в исследуемом кристалле имеются водородные связи. [c.21]

Рис. 4-28. Рассеивание излучения кристаллом Если многие идентичные объекты расположены в виде кристаллической рещетки, излучение, рассеиваемое каждым объектом, интерферирует с излучением, рассеиваемым другими объектами. Отдельные отраженные лучи рассеиваются только в определенных направлениях (в зависимости от пространственного расположения объекта в рещетке), образуя яркие пятна. Интенсивность данного яркого пятна зависит от интенсивности, с которой каждый объект в рещетке мог бы рассеивать излучение в данном направлении, если бы его исследовали в отдельности,

Задача рентгеноструктурного анализа заключается в том, чтобы перейти от системы точек в обратном пространстве к искомой структуре решетки в прямом пространстве. Она решалась методом проб и ошибок. Известны были заранее симметрия и кристаллографические свойства кристалла, а также строение молекул, заполняющих решетку. Это давало возможность избегать многих ошибок и выбирать правильную структуру из немногих гипотетических альтернативных вариантов. При этом, кроме координат дифракционного пятна, имеется еще один важный фактор — интенсивность пятна. Так как рентгеновские лучи одинаково рассеиваются э.лектронами каждого атома, то интенсивность отражения от некоторо системы плоскостей будет определяться так называемьш структурным фактором, равным сумме квадратов атомных номеров, т. е. чисел электронов всех атомов, на единицу площади [c.92]

Хотя с тех пор метод диффракции рентгеновых лучей был значительно усовершенствован, при изучении таких фотографий исследователю приходится делать огромное количество предположений и расчетов. На диффракцион-ной картине даже такого простого вещества, как глицил-глицин, обнаруживается около 400 пятен. Каждое из этих пятен образуется там, куда попадают рассеянные атомами кристалла рентгеновы лучи. Из нескольких таких фотографий можно подобрать примерно 800 характерных значений интенсивности пятен. Молекула глицилглицина., кроме атомов водорода, содержит 9 других атомов. Атомы водорода не очень сильно рассеивают рентгеновы лучи, и потому их положение с помощью этого метода обычно определяется плохо. Строение кристалла глицилглицина можно изобразить, если для каждого из 9 атомов будут определены три координаты — X, у я г. Таким образом, всего необходимо определить 27 координат. Поскольку интенсивность пятен связана со значением этих координат, 800 значений интенсивности достаточно для того, чтобы точно определить все 27 координат. Этим способом удалось установить расположение каждого атома с точностью до 0,02 ангстрема. Эта величина составляет примерно 2% расстояния между двумя ближайшими друг к другу атомами. Мы, таким образом, располагаем теперь достаточно достоверной картиной строения кристалла глицилглицина. [c.82]

До сих пор мы полагали, что кристалл, благодаря правильному периодическому строению, рассеивает рентгеновские лучи только в тех направлениях, которые строго удовлетворяют условиям Лауэ (уравнению Брегга—Вульфа). Однако это основное положение справедливо только в идеальных условиях и при бесконечной протяженности решетки во всех направлениях. Сохраним пока идеальные условия опыта (т. е. будем по-прежнему считать, что кристалл имеет абсолютно правильное строение без каких-либо нарушений, а первичный пучок строго параллелен), но ограничим протяженность решетки. Сразу же обнаружится, что кристалл, имеюш,ий конечные размеры, должен давать дифракционные максимумы определенной угловой ширины интенсивность рассеяния должна спадать на некотором конечном интервале углов от значения M4j до нуля по мере отклонения от направления, строго удов-летворяюш,его условиям Лауэ. В этом нетрудно убедиться. [c.46]