X射線單晶衍射儀：探究物質結構的利器

　　X射線單晶衍射儀(X-ray single crystal diffractometer)，是一種利用Ｘ射線穿過單晶產生的衍射效應來測定晶體結構的實驗方法，主要功能是測定晶體結構 、分析晶體對稱性以及研究未知晶體等。其應用范圍較廣，單晶結構分析能夠揭示化合物的結構和性能間的關系，對功能材料、有機物、天然礦物和藥物分析和表征有著重要的作用，特別是在新物質合成方面，單晶衍射分析成為研究結構性能必不可少的手段。

　　工作原理

　　X射線單晶衍射儀系統主要包括五個部分：Ｘ射線光源、測角儀 、 Ｘ射線探測器、計算機系統和軟件、其他輔助設備（如冷卻循環裝置等）。當Ｘ射線光源激發產生的特征Ｘ射線照射到測角儀上的單晶時， 具有三維周期性的單晶由于衍射效應會產生衍射點，探測器負責記錄各衍射點的強度數據并生成衍射點照片；儀器軟件完成衍射尋峰、測 定晶系和晶胞參數、收集衍射強度數據，并統計系統消光規律、確定樣品空間群；之后進行數據指標化、精修、校正和還原操作，獲取準 確的晶胞參數和衍射數據；最后對衍射數據進行分子結構解析、進一 步精修和計算晶體結構 。

　　 應用案例

　　湖北重點實驗室王勇研究團隊用4' -苯基-2， 2'：6'，2″-三聯吡啶為原料設計合成一個含三聯吡啶配合物 Fe( L)2( PF6 )2( L = 4'-苯基-2，2'：6'，2″-三聯吡啶) ，并對該化合物進行X射線單晶衍射等結構表征，利用熒光光譜法進一步研究了該化合物對部分重金屬離子 Fe( Ⅲ)、Pb(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Cr( Ⅲ)、Cd( Ⅱ)、Fe( Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Zn(Ⅱ) 的熒光響應。

　　圖1. 配合物的陽離子結構圖

　　圖2. 配合物分子的堆積圖

　　通過使用日本理學X單晶衍射儀測試配合物，原始數據用 Crystal Clear 程序進行經驗吸收校正、優化和還原，再通過 SHELXL程序解析，可以看到配合物晶體結構為單斜晶系 P21/n空間群，其最小不對稱單元包含一個［Fe(L)］2+陽離子、兩個PF6－平衡陰離子、一個未配位的乙腈溶劑和一個未配位的水溶劑分子，配合物是一個扭曲的八面體配位環境，中心鐵采用扭曲的［FeN6］八面體六配位，被來自兩個配體 L的六個氮原子占據。配合物的陽離子結構如圖1 所示。兩個平行的多吡啶配體基團面對面形成偏移，兩個分子之間的多吡啶配體的距離足夠短，配合物中芳香環之間最短垂直距離為在π－π堆積距離之間，這表明配合物可能存在一定的分子間相互作用。

　　X衍射單晶儀在材料科學、化學、生物學等領域都有廣泛的應用。例如，可以用它來研究金屬合金、半導體材料的晶體結構、物質的分子構型、蛋白質的結晶結構等。得到的結果可以為制備新材料、藥物研發等提供重要參考。

　　 總結

　　X射線單晶衍射儀是一種非常重要的分析工具，可以用來探究物質的結構和性質。它在科學研究中的應用非常廣泛，對于推動科學的發展有著重要的作用。