安捷伦Gemini X射线单晶衍射仪的使用及日常维护

杨 华 宋学英

(首都医科大学医学测试中心，北京 100069)



仪器使用与维修

安捷伦Gemini X射线单晶衍射仪的使用及日常维护

杨 华 宋学英

(首都医科大学医学测试中心，北京 100069)

X射线单晶衍射仪提供了一种无损伤的物理分析测试技术，它能测试有机物及无机物的晶体内部的分子结构，包括晶体空间群，晶胞大小，原子间的键长，键角，分子在晶体中的堆积方式及氢键关系等。X射线单晶衍射仪法广泛应用于物理学，化学，材料科学，分子生物学和药学等学科。成为人们获得固体微观结构的强有力手段。本文将就X射线单晶衍射仪在小分子中的应用技巧及主要硬件的日常维护加以探讨[1]。

X射线单晶衍射仪 应用技巧 日常维护

X射线单晶衍射仪可以测定晶体的微观结构。单晶结构分析是目前诸多固态物质结构分析方法中可以提供信息量最多最常用的研究方法，因此单晶结构分析已经成为十分常见且使用方便的研究方法，逐步成为相关研究领域日常科研工作的不可或缺的一部分。X射线衍射包括单晶衍射和粉末衍射分析两大类分支，本文主要介绍安捷伦Gemini X射线单晶衍射仪在小分子结构测试中的使用技巧及硬件维护。

1 X射线单晶衍射仪的使用

1.1 Gemini单晶衍射仪的系统组成

安捷伦Gemini单晶衍射仪是一款经典的小分子单晶衍射仪，可以分析单晶的结构和简单粉末实验。整个系统包括：X射线发生器，四圆测角仪，高压发生器，CCD面探测器，稳压电源，样品低温装置，循环水冷机，数据控制及处理系统。其中核心部件是X射线发生器，高压发生器，CCD面探测器及数据处理系统，水冷机，稳压电源，低温装置是辅助设备，主要部件如图1所示。

1.2 常规数据采集和处理流程

1.2.1 晶体的选择

晶体选择的原则是挑选外形整齐，表面光泽透明，颜色均匀一致，没有裂缝和缺陷，而且必须是单颗晶体，周围不能有微小晶体粘附，晶体的形状也尽量选择近似球形或立方体形，必要的时候需要在显微镜下切割处理、清洗，以减少吸收矫正误差。晶体的大小需要根据X射线准直器的直径来选择，一般晶体的大小要小于准直器的直径，使整个晶体都沐浴在X射线束里。晶体在粘晶之前要用硅油清洗杂质(见图2)。

1.2.2 晶体的安装

选择好的晶体用粘合剂粘在毛细管拉成的玻璃纤维上。毛细管选择直径0.3mm的点样毛细管，在酒精灯上拉成实心的玻璃纤维，原则上应选择直径比晶体小的玻璃纤维。对于一些敏感性样品则需要在样品外面包裹环氧树脂或将样品卡在内径合适的毛细管中，然后对毛细管两端封口[2-5]， 如图3所示。

1.2.3 上样对心

调节晶体的水平和垂直位置，在0°、90°、180°、270°使晶体位于液晶显示器的十字中心，严禁载晶座及调节工具的任何部位触碰CCD检测器，如图4所示。

1.2.4 快速扫描

快速扫描可以帮助实验者更快筛选晶体，确定晶体的衍射能力。扫描结束后会给出晶胞参数，完整度，衍射点照片并推荐预实验曝光时间。

1.2.5 预实验

根据快速扫描结果进行预实验，如果晶体质量比较好，完全可以使用，仪器给定的实验策略进行采集，反之也可以手动设置预实验策略参数。预实验可以确定初始晶胞参数，显示指标化率。原则上指标化率>70%的晶体才可以收集数据，建议同一样品尝试3个晶体，选择指标化率高的晶体采集数据。在扫描宽度为1度(默认设置)的情况下，Mosaicity e1、e2和e3在0.8～2之间为理想的晶体。测定菲类单晶体预实验结果(见图5)。

1.2.6 实验数据的采集及数据后处理

预实验结束后，会进入数据采集实验策略窗口，设定一系列数据采集参数，包括目标分辨率，目标完整度，晶体对称性，检测器距离，扫描带宽，曝光时间等。如果使用Cu光源则可以选择不同角度曝光时间来满足弱衍射晶体的数据采集，对于一些大晶胞可减小扫描宽度或增加检测器到样品的距离以减少衍射点重叠，在实验时间允许的情况下尽量降低衍射点重叠率。

在数据采集之前会纪录晶体的完整视频，在此期间不要关闭屏蔽舱内的照明灯光。数据采集结束0.5小时后高压发生器的电流电压会自动降到待机状态(20kV,5mA)

2 Gemini单晶衍射仪硬件的日常维护

2.1 环境要求

冷却水温在10～20℃，冷却水流量2L/min，相对湿度<80%，无凝结，室温控制在18～23℃。

2.2 硬件的清洗及维护

除尘：包括衍射仪后面板散热风扇，测角仪台面。可以用吸尘器或压缩空气除尘，测角仪台面可用潮湿软布擦拭，但不可擦拭CCD检测器的铍窗口(见图5)

清洗过滤器使时可以用牙刷刷洗滤芯，但不要丢失O型密封圈。(见图6)

外置水冷机冷却循环水的更换: 本实验室采用国产水冷机，需要60升的纯净水，为了防止霉菌生长可以添加少量乙二醇，浓度大约在10%。

屏蔽仓连锁检查:为了防止射线泄露及时发现问题，保护实验人员的安全，必须定期进行屏蔽仓的连锁检查，在待机状态下检查Shutter Open显示灯是否灵敏。

辐射泄露测试:Mo靶测试时，50kV,40mA ,仓门关闭，快门打开时，屏蔽仓外<1uSv/hr。

快门关闭时，屏蔽仓内<1uSv/hr。

光管老化:在更换光管或光管长时间不用的情况下进行，光管老化步骤见表1。进行到第5步之后可以以1 kV的步长逐步升高电压，从而使老化过程更加平稳可靠。

表1 Gemini光管老化步骤

衍射仪的校准:衍射仪在使用过程中，由于环境状态的改变以及长时间使用造成的误差，会影响仪器的灵敏度及精确度，所以我们要定期用仪器携带的标晶校正调试，校正结果应符合R1<5% 。总之， 维护好大型仪器是一个复杂的过程，通过几年的使用经验，严格操作流程，加强日常仪器维护和调试，可以有效提高大型仪器的使用效率，降低大型仪器的维修成本。

[1] 李海燕，张勇，吴冰.Mercury型X单晶射线衍射仪的使用及维护[J] 苏州大学学报 2011，27(4)：78-80.

[2] 陈小明，蔡继文.单晶结构分析原理与实践 [M].北京：科学出版社，2007：47-65.

[3] 张广宁.X射线单晶衍射仪测试样品的准备方法研究[J].吉林教育学院学报，2014，30(3)：153-154.

[4] 梁向晖，钟伟强，毛秋平.X射线衍射仪的维护与使用[J].分析仪器，2015，(5)：89-91.

[5] 如何获得理想的衍射数据[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

杨华 ，女，1968年出生，实验师，从事药物分析工作，E-mail: yanghua@ccmu.edu.cn。

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

2016-06-13