Röntgenkristallografia
Röntgenkristallografia on tapa nähdä molekyylin kolmiulotteinen rakenne. Atomin elektronipilvi taivuttaa röntgensäteitä hieman. Näin molekyylistä syntyy "kuva", joka voidaan nähdä näytöllä. Sitä voidaan käyttää sekä orgaanisiin että epäorgaanisiin molekyyleihin. Näyte ei tuhoudu prosessissa.
Sir William Bragg (1862-1942) ja hänen poikansa Sir Lawrence Bragg (1890-1971) keksivät tekniikan yhdessä. He saivat Nobelin fysiikan palkinnon vuonna 1915. Lawrence Bragg on nuorin Nobel-palkittu. Hän oli Cambridgen yliopiston Cavendish-laboratorion johtaja, kun James D. Watson , Francis Crick , Maurice Wilkins ja Rosalind Franklin löysivät DNA:n rakenteen helmikuussa 1953.
Röntgenkristallografian vanhin menetelmä on röntgendiffraktio (XRD). Yksittäiseen kiteeseen ammutaan röntgensäteilyä, jonka sironta tuottaa kuvion. Näiden kuvioiden avulla saadaan selville atomien sijoittelu kiteen sisällä.
Kiteytetyn entsyymin röntgendiffraktiokuvio. Täplien (heijastusten) kuvion ja kunkin täplän suhteellisen voimakkuuden (intensiteettien) avulla saadaan selville entsyymin rakenne.
Kiteytetyn entsyymin röntgendiffraktiokuvio. Täplien (heijastusten) kuvion ja kunkin täplän suhteellisen voimakkuuden (intensiteettien) avulla saadaan selville entsyymin rakenne.
Kiteiden röntgenanalyysi
Kiteet ovat säännöllisiä atomirakenteita, mikä tarkoittaa, että atomit toistuvat kerta toisensa jälkeen kaikissa kolmessa ulottuvuudessa. Röntgensäteet ovat sähkömagneettisen säteilyn aaltoja. Kun röntgensäteet kohtaavat atomeja, atomien elektronit aiheuttavat röntgensäteiden sirontaa kaikkiin suuntiin. Koska röntgensäteet säteilevät kaikkiin suuntiin, elektroniin osuva röntgensäde tuottaa elektronista lähteviä sekundaarisia pallomaisia aaltoja. Elektronia kutsutaan sirontaan. Säännöllinen hajottajien joukko (tässä tapauksessa kiteen atomien toistuva kuvio) tuottaa säännöllisen joukon pallomaisia aaltoja. Vaikka nämä aallot kumoavat toisensa useimmissa suunnissa, ne summautuvat muutamassa tietyssä suunnassa, jotka määräytyvät Braggin lain mukaan:
2 d sin θ = n λ {\displaystyle 2d\sin \theta =n\lambda } 
Tässä d on diffraktiivisten tasojen välinen etäisyys, θ \displaystyle \theta }
on osumakulma, n on mikä tahansa kokonaisluku ja λ on säteen aallonpituus. Nämä tietyt suunnat näkyvät diffraktiokuvion pisteinä, joita kutsutaan heijastuksiksi. Röntgendiffraktio on siis seurausta siitä, että sähkömagneettinen aalto (röntgensäde) osuu säännölliseen sirontapisteiden joukkoon (atomien toistuva järjestys kiteessä).
Tuleva säde (ylävasemmalta) aiheuttaa sen, että jokainen sirontaelementti (esim. elektroni) säteilee osan energiastaan takaisin palloaaltona. Jos atomit on sijoitettu symmetrisesti siten, että etäisyys d on, nämä palloaallot summautuvat vain silloin, kun niiden kulkureittien pituusero 2d sin θ on aallonpituuden λ moninkertainen arvo.
Kiteiden röntgenanalyysi
Kiteet ovat säännöllisiä atomirakenteita, mikä tarkoittaa, että atomit toistuvat kerta toisensa jälkeen kaikissa kolmessa ulottuvuudessa. Röntgensäteet ovat sähkömagneettisen säteilyn aaltoja. Kun röntgensäteet kohtaavat atomeja, atomien elektronit aiheuttavat röntgensäteiden sirontaa kaikkiin suuntiin. Koska röntgensäteet säteilevät kaikkiin suuntiin, elektroniin osuva röntgensäde tuottaa elektronista lähteviä sekundaarisia pallomaisia aaltoja. Elektronia kutsutaan sirontaan. Säännöllinen hajottajien joukko (tässä tapauksessa kiteen atomien toistuva kuvio) tuottaa säännöllisen joukon pallomaisia aaltoja. Vaikka nämä aallot kumoavat toisensa useimmissa suunnissa, ne summautuvat muutamissa tietyissä suunnissa, jotka määräytyvät Braggin lain mukaan:
2 d sin θ = n λ {\displaystyle 2d\sin \theta =n\lambda }
Tässä d on diffraktiivisten tasojen välinen etäisyys, θ \displaystyle \theta } on osumakulma, n on mikä tahansa kokonaisluku ja λ on säteen aallonpituus. Nämä tietyt suunnat näkyvät diffraktiokuvion pisteinä, joita kutsutaan heijastuksiksi. Röntgendiffraktio on siis seurausta siitä, että sähkömagneettinen aalto (röntgensäde) osuu säännölliseen sirontapisteiden joukkoon (atomien toistuva järjestys kiteessä).
Tuleva säde (ylävasemmalta) aiheuttaa sen, että jokainen sirontaelementti (esim. elektroni) säteilee osan energiastaan takaisin palloaaltona. Jos atomit on sijoitettu symmetrisesti siten, että etäisyys d on, nämä palloaallot summautuvat vain silloin, kun niiden kulkureittien pituusero 2d sin θ on aallonpituuden λ moninkertainen arvo.
Aiheeseen liittyvät sivut
Aiheeseen liittyvät sivut
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä on röntgenkristallografia?
A: Röntgenkristallografia on tekniikka, jota käytetään molekyylin kolmiulotteisen rakenteen näkemiseen ja joka luo kuvan näytölle taivuttamalla röntgensäteitä atomin elektronipilvestä.
K: Voidaanko röntgenkristallografiaa käyttää sekä orgaanisiin että epäorgaanisiin molekyyleihin?
V: Kyllä, röntgenkristallografiaa voidaan käyttää sekä orgaanisten että epäorgaanisten molekyylien tutkimiseen.
K: Ketkä ovat röntgenkristallografian keksijöitä?
V: Sir William Bragg ja hänen poikansa Sir Lawrence Bragg keksivät yhdessä röntgenkristallografian ja saivat keksinnöstään Nobelin fysiikan palkinnon vuonna 1915.
K: Mikä on vanhin röntgenkristallografiamenetelmä?
V: Vanhin röntgenkristallografian menetelmä on röntgendiffraktio (XRD), jossa röntgensäteitä ammutaan yksittäiseen kiteeseen, jolloin saadaan aikaan kuvio, jonka avulla voidaan määrittää atomien sijoittuminen kiteen sisällä.
K: Tuhoutuiko näyte röntgenkristallografiaprosessin aikana?
V: Ei, näyte ei tuhoudu röntgenkristallografiaprosessin aikana.
K: Kuka oli Cavendish-laboratorion johtaja, kun DNA:n rakenne löydettiin?
V: Sir Lawrence Bragg oli Cambridgen yliopistossa sijaitsevan Cavendish-laboratorion johtaja, kun James D. Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins ja Rosalind Franklin tekivät DNA:n rakenteen löydön helmikuussa 1953.
Kysymys: Kuka on nuorin fysiikan Nobel-palkittu?
V: Sir Lawrence Bragg on nuorin fysiikan Nobel-palkinnon saaja, sillä hän sai palkinnon vuonna 1915 isänsä Sir William Braggin kanssa tekemästään röntgenkiteiden keksimisestä.
