探测器和衍射仪对增强的结构分析

的发展方法,仪器和计算能力确保容易和快速结构分析用x射线粉末衍射(XRPD)数据。而技术几乎成了一个常规的过程,其结果的准确性方面各不相同。

尽管许多因素可以影响结构分析的准确性,本文地址只仪表。通过测量参考,这间小陋室边因为一个未知的样本在Stadi议员衍射仪配备了MYTHEN探测器,衍射仪的性能和精度水平评估,建立在现代结构分析是可能的。

高精度数据Single-Photon-Counting

高分辨率等因素,好的计数统计,简单的背景和对称的山峰是用来描述高质量XRPD数据。然而,为了获得这样一个数据,重要的是要优化仪器参数。范围在MYTHEN single-photon-counting探测器,这间小陋室边因为集成在Stadi衍射仪,这项工作解决了两个问题:(i)什么是单光子计数和(2)这项技术如何提高精度在结构分析中使用x射线粉末衍射数据?

图1所示。MYTHEN 1 k探测器系统。图片来源:Dectris有限公司

表1。Stoe stadi议员衍射仪

管	铜
探测器	µm MYTHEN 1 k, 1000
单色仪	通用电气111
几何	粉末
模式	扫描
半径(毫米)	190年
软件	WinX战俘

传统检测器是基于间接检测x射线首先被转换成可见光,然后转换成电荷。这个电荷累积,随着时间的推移和信号通过集成。低效率、低分辨率和固有噪声检测原则只能用新技术克服了。

MYTHEN微带硅探测器,在single-photon-counting模式运营。直接在这个过程中x射线检测,每个光子单独处理和计算,导致以下好处:

• 量子效率更高,因为他们是x射线的优化,而不是可见光
• 没有暗电流的产生,因为单个光子计数不依赖于电荷积累
• 没有读出噪声

Single-photon-counting工作方式如下:x射线光子探测器传感器材料相互作用和产生一个电荷。当一个电场应用在传感器、电荷被迫读出芯片,其中每个费用是单独处理的。其能源评估用户对一个阈值集。在事件的能量大于阈值,光子被认为是可接受的24位计数器的计数。这样一个能源歧视可以抑制噪声和荧光。读出在24位模式允许动态范围高达1:16.8 * 10⁶,会发生非常快:MYTHEN微带硅探测器,读出时间只有300μs。

的基本单位MYTHEN探测器是一个模块。每个模块包括1280相比硅微带对齐,每个作为单个探测器,数到10⁶光子每秒。条负责其他独特的特定维度的特征探测器。条宽50μm及其相应的点扩散函数的一条导致信号“局限”地带,没有模糊。这导致最小的贡献探测器峰展宽,从而允许高分辨率测量。带(传感器)厚度与效率一定的能量范围。三个可用的传感器厚度结合地带的8毫米长度确保最佳信噪比和效率在一个广泛的x射线(有些keV)。

在一个模块中,所有1280条检测x射线以并行方式,增加角覆盖和全球计数率。MYTHEN探测器由一个1280 -带模块称为MYTHEN 1 k。这间小陋室边因为这些探测器集成在Stadi衍射仪。表2总结了探测器的规格。

表2。MYTHEN 1 k的特性

传感器材料	硅
N(条)	1280年
条宽(µm)	50
敏感区域(毫米2]	(1280×50µm)×8毫米
Max。每条计数率(phts / s)	> 106
动态范围(位)	24(1:16.8百万)
能源范围(凯文)	有些人
点扩散函数	1条
传感器厚度(µm)	320、450、1000
Max。帧率(赫兹)	22

为了理解single-photon-counting技术如何提高精度在使用x射线粉末衍射数据结构分析,两个有机样品,一个参考和一个未知晶体结构的测定Stoe Stadi议员衍射仪配备MYTHEN 1 k探测器。获得的数据被用来评估仪器的性能,并指出什么层次的结构细节可以看到使用XRPD数据。

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数据的准确性:这间小陋室边因为绩效考评Stadi议员衍射仪

在这些研究中,D甘露糖(图2)被选为参考样品有以下原因:

• 晶体结构的D甘露糖(P212121)是解决使用单晶衍射数据。不对称单元包含两个分子,不同取向的CH²-哦。然而,结构不完整:一些氢原子失踪,一些碳原子呈现non-positive-definite原子位移的参数值(ADP)。因此,有意思的是观察的精度级别“骨干结构”可以通过使用XRPD数据,以及这些数据是否可以解释非容积确定ADP的价值观。
• 与蔗糖相比,常用的参考样品,商业D甘露糖被认为是一个更统一的微晶尺寸,所以感染高峰源于几个个体大晶体在示例可以避免。

图2。的结构式D甘露糖。图片来源:Dectris有限公司

首先,一个D甘露糖样品是地面砂浆,然后填充到这间小陋室边因为一个毛细管和测量Stadi议员衍射仪(表3)。

表3。D甘露糖:数据收集的细节

扫描模式	扫描步
我(马)U(kV)	40、40
λ(一个)	1.5406
探测器、传感器厚度(μm)	MYTHEN 1 k, 1000
分辨率(°)	0.015
角覆盖(°2θ)	19.2
2θ测量范围(°)	-101 - 0.56
d最小值(使用)(一)	1
2θ范围(°)/t[s]	0 - 21.935 / 360 18 - 37.935 / 720 35 - 54.935 / 1080 53 - 72.935 / 1440 72 - 101 / 1800

使用XRS程序套件,从单晶数据获得的晶体结构对XRPD精炼数据。为了评估衍射仪的性能和质量的数据,里特维德细化进行没有任何几何限制。adp被规定为各向同性的价值观和不完善。

比较原子坐标从XRPD获得数据与从单晶获得数据,发现两组坐标之间的平均差异是在±0.06,如图3所示。

图3。结果restraint-free里特维德细化作为坐标从XRPD获得数据之间的差异和单晶(SC)数据。图片来源:Dectris有限公司

离群值的阴谋很可能来自模棱两可地图区别傅里叶计算的最后周期里特维德细化:剩余电子密度在分子建议障碍之一。深入调查的傅里叶地图和建模的区别D甘露糖障碍仍在进行中。

进行实验,这间小陋室边因为计算允许结论Stadi衍射仪配备MYTHEN检测器产生高质量的数据:

• 高品质XRPD数据可以支持restraint-free里特维德细化。这样,模型偏差显著降低,增加了结构分析的准确性。
• XRPD数据可以提供高精度结构分析:XRPD结果可以从单晶数据匹配结果。
• XRPD数据可以提供最好的水平的细节,如原子光的障碍。

结构的决心:应对Monomer-Trimer模棱两可:萨尼亚

(排名2)- methylideneamino乙腈是一种小分子,据报道,单体的形式,可以作为环三聚物聚合(图4)。分子和晶体结构的单体或三聚物没有被报道,和萨尼亚样本具有使用各种光谱技术。记住,男人可以polimeryze使用光谱方法,区分聚合物有时是困难的,一个商业MAAN样本,名字建议单体的形式,受到了分析。

图4。单体的结构公式(a)和(b)三聚物的男人。图片来源:Dectris有限公司

首先,红外光谱测定和起诉材料包含三聚物的男人。然而,它是不可能分辨样品的纯度或实际聚合物的构象。因此,分子和晶体结构的化合物。研磨样品都是0.3毫米毛细管,并测量条件下表4所示。

表4。男人:数据收集的细节

我(马)U(kV),λ(一)	40岁,40岁,1.5406
探测器、传感器厚度(μm)	MYTHEN 1 k, 1000
分辨率(°)	0.015
角覆盖(°2θ)	19.2
2θ测量范围(°)	0.56 - -91.93
d最小值(使用)(一)	1.07
2θ范围(°)/ t [s]	0 - 21.935/1440 18 - 37.935/2880 35 - 54.935/4320 53 - 72.935/5760 72 - 91.935/7200
不。测量分	6129年

索引XRPD模式导致的单斜细胞,建议材料只包含一个什么阶段。这些信息,分子结构构造使用密度泛函理论(DFT)计算被用于确定结构在福克斯direct-space程序。结果结构后来精制XRS程序套件。在细化过程中,几何约束,但为了让分子的灵活性,减少他们的权重因子是有条不紊的。氢原子的位置计算程序中的汞。ADP的所有原子值规定的预期值,随后,并不完善。在的最后阶段细化,不同计算傅里叶地图。没有观察到可疑的电子密度最大值。细化的结果展示在表5和图5。

表5。里特维德细化为三聚物的MAAN的结果

一个(一)	15.1876 (9)
b(一)	10.18249 (8)
c(一)	6.9466 (4)
β(°)	90.9 (3)
空间群	P21/ n
不。反射	625年
不。参数	45
不。观察	5211年
不。软约束	33
RF	0.104
Rwp	0.176
R经验值	0.059

图5。里特维德的最后周期细化:测量模式(黑色),计算(红色)和差分曲线(蓝色)。图片来源:Dectris有限公司

考虑到晶体结构(图6)没有任何强烈的氢键,假设分子结构必须接近DFT计算的一种方法。图6 b显示了分子结构的比较从细化对XRPD获得数据和一个由DFT计算。这样一个适合表明可以获得准确的解决方案,即使没有先验知识的材料。

图6。(a)晶体结构沿c轴(b)比较分子结构的分子结构(蓝色)从DFT计算(紫色)。图片来源:Dectris有限公司

结论

在这项研究中,这两个例子表明,这间小陋室边因为一个衍射仪和组合MYTHEN single-photon-counting探测器可以使用XRPD增强结构分析数据。

测试进行D甘露糖证明高品质XRPD数据可以允许restraint-free细化,导致结构与单晶。此外,这种高质量的数据可以观察最好的结构细节,如局部残余电子密度,表示各向异性原子位移,表明分子中可能的障碍。通过减少模型偏差,检测的结构细节,这间小陋室边因为的组合Stadi衍射仪和单光子计数探测器将限制从XRPD数据获得的准确性。

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