Thu thập dữ liệu
Gắn kết tinh thể
Tập tin: Kappa goniometer animation.ogv
Hoạt hình hiển thị năm chuyển động có thể với một goniometer kappa bốn vòng. Các phép quay quanh mỗi góc bốn φ, κ, ω và 2θ để lại tinh thể bên trong tia X, nhưng thay đổi hướng tinh thể. Máy dò (hộp màu đỏ) có thể trượt gần hoặc xa hơn viên pha lê, cho phép lấy dữ liệu có độ phân giải cao hơn (nếu gần hơn) hoặc phân biệt tốt hơn các đỉnh núi Bragg (nếu xa).
Tinh thể được gắn cho các phép đo để nó có thể được giữ trong tia X và xoay. Có một số phương pháp gắn kết. Trong quá khứ, tinh thể được nạp vào mao mạch thủy tinh với dung dịch kết tinh (rượu mẹ). Ngày nay, tinh thể các phân tử nhỏ thường được gắn với dầu hoặc keo với sợi thủy tinh hoặc một vòng lặp, được làm bằng nylon hoặc nhựa và gắn vào một thanh rắn. Các tinh thể protein được phóng lên bằng một vòng lặp, sau đó được đông lạnh bằng nitơ lỏng . Sự đóng băng này làm giảm tổn hại bức xạ của tia X, cũng như tiếng ồn ở đỉnh núi Bragg do chuyển động nhiệt (hiệu ứng Debye-Waller). Tuy nhiên, các tinh thể protein chưa qua chế biến thường bị nứt nếu đông đông; do đó, chúng thường được ngâm trong dung dịch bảo vệ lạnh trước khi đóng băng. Thật không may, trước khi ngâm này chính nó có thể làm cho tinh thể để crack, phá hủy nó cho tinh thể học. Nói chung, điều kiện lạnh thành công được xác định bằng thử nghiệm và sai sót.
Các mao mạch hoặc vòng lặp được gắn trên một goniometer, cho phép nó được đặt chính xác trong tia X và xoay. Vì cả tinh thể và chùm đều rất nhỏ, tinh thể phải nằm giữa chùm với độ chính xác ~ 25 micromet, được hỗ trợ bởi máy ảnh tập trung vào tinh thể. Loại goniometer phổ biến nhất là “máy đo tốc độ kappa”, có ba góc quay: góc ω quay quanh trục vuông góc với chùm; góc κ, về một trục tại ~ 50 ° đến trục ω; và, cuối cùng, góc about về trục vòng / mao mạch. Khi góc κ là 0, các trục ω và are được căn chỉnh. Sự xoay vòng κ cho phép lắp đặt tinh thể thuận tiện, vì cánh tay mà tinh thể gắn kết có thể được đưa ra theo hướng các nhà tinh thể. Các dao động được thực hiện trong quá trình thu thập dữ liệu (được đề cập dưới đây) chỉ liên quan đến trục ω. Một loại goniometer cũ hơn là goniometer bốn vòng, và những người thân của nó như là máy đo âm học sáu vòng.
Nguồn tia X
Thông tin thêm: Máy đo độ khúc xạ, nguồn sáng Synchrotron và laser điện tử tự do
Anode quay
Quy mô nhỏ có thể được thực hiện trên một nguồn ống tia X cục bộ, điển hình cùng với một máy dò tấm hình. Chúng có lợi thế là (rẻ tiền) tương đối rẻ và dễ bảo trì, và cho phép sàng lọc nhanh và thu mẫu. Tuy nhiên, ánh sáng bước sóng sản xuất được giới hạn bởi vật liệu cực dương, thường là đồng. Hơn nữa, cường độ bị giới hạn bởi công suất áp suất và khả năng làm mát có sẵn để tránh làm nóng anode. Trong các hệ thống như vậy, các điện tử được sôi ra khỏi cực âm và được đẩy nhanh qua điện thế mạnh ~ 50 kV; đạt được tốc độ cao, các điện tử va chạm với một tấm kim loại, phát ra bremsstrahlung và một số đường quang phổ tương ứng với sự kích thích các điện tử trong vỏ của kim loại. Kim loại phổ biến nhất được sử dụng là đồng, có thể được giữ mát dễ dàng, do tính dẫn nhiệt cao của nó, và sản xuất mạnh Kα và dòng Kβ. Đường Kβ thỉnh thoảng bị ức chế với một miếng niken mỏng (~ 10 μm). Loại tia X khép kín đơn giản nhất và rẻ nhất có anode cố định (ống Crookes) và chạy với ~ 2 kW điện tử chùm tia điện tử. Giống nhiều loại đắt tiền hơn có nguồn loại cực dương luân chuyển chạy với ~ 14 kW điện tử chùm tia điện tử.
Các tia X thường được lọc (bằng cách sử dụng các bộ lọc X-Ray) đến một bước sóng đơn (làm đơn sắc) và collimated đến một hướng trước khi chúng được phép tấn công tinh thể. Việc lọc không chỉ đơn giản hóa việc phân tích dữ liệu, mà còn loại bỏ bức xạ làm giảm chất tinh thể mà không góp phần thông tin hữu ích. Sự chuẩn bị được thực hiện với một collimator (về cơ bản, một ống dài) hoặc với một sự sắp xếp thông minh của gương cong nhẹ. Hệ thống gương được ưa chuộng hơn cho các tinh thể nhỏ (dưới 0,3 mm) hoặc với các tế bào đơn vị lớn (trên 150 Å).
Các dao cạo quay đã được sử dụng bởi Joanna (Joka) Maria Vandenberg trong các thí nghiệm đầu tiên chứng tỏ sức mạnh của tia X để sàng lọc nhanh các tấm mỏng mỏng InGaAsP mỏng để kiểm soát chất lượng laser lượng tử tốt .
Bức xạ synchrotron
Bức xạ Synchrotron là một trong những loại đèn sáng nhất trên trái đất. Đây là công cụ mạnh mẽ duy nhất có sẵn cho các nhà tinh chế tia X. Nó được làm bằng tia X tạo ra trong các máy lớn gọi là các synchrotron. Những máy này đẩy nhanh các hạt điện tích điện, thường là các điện tử, tới gần tốc độ ánh sáng và hạn chế chúng trong vòng tròn (khoảng) sử dụng từ trường.
Synchrotrons thường là các cơ sở quốc gia, mỗi một đường ray riêng biệt, nơi dữ liệu được thu thập mà không bị gián đoạn. Synchrotrons ban đầu được thiết kế để sử dụng bởi các nhà vật lý năng lượng cao đang nghiên cứu các hạt hạ nguyên tử và các hiện tượng vũ trụ. Thành phần lớn nhất của mỗi synchrotron là vòng lưu trữ electron của nó. Vòng này thực sự không phải là một vòng tròn hoàn hảo, nhưng đa giác nhiều mặt. Tại mỗi góc của đa giác, hoặc khu vực, các nam châm thẳng đứng uốn cong dòng electron. Khi đường đi của electron bị uốn cong, chúng phát ra các vụ nổ năng lượng dưới dạng X-quang.
Sử dụng bức xạ synchrotron thường có yêu cầu cụ thể đối với tinh thể học tia X. Các bức xạ ion hóa cường độ cao có thể gây ra tổn hại bức xạ cho các mẫu, đặc biệt là các tinh thể đại phân tử. Cryo tinh thể bảo vệ mẫu khỏi bị bức xạ, bằng cách đóng băng tinh thể ở nhiệt độ nitơ lỏng (~ 100 K). Tuy nhiên, bức xạ synchrotron thường có lợi thế của bước sóng có thể lựa chọn của người dùng, cho phép các thí nghiệm tán xạ bất thường tối đa hóa tín hiệu dị thường. Điều này rất quan trọng trong các thí nghiệm như SAD và MAD.