Rentgenová krystalografie

Klasické difrakční spektrum práškového materiálu

Rentgenová strukturní analýza (v biochemii často nazývána rentgenová krystalografie, německy Röntgenstrukturanalyse, anglicky X-ray structure analysis, nebo X-ray crystallography) je analytická metoda zabývající se studiem interakce krystalických vzorků s rentgenovým zářením, která umožňuje určit absolutní strukturu molekul, tj. polohy atomů, vazebné délky a úhly v krystalové mřížce.

Princip

Při průchodu monochromatického rentgenového záření látkou dochází k pružnému ohybu (difrakci) paprsků. Směr a intenzita difraktujících paprsků závisí na vnitřní struktuře vzorku. V Amorfním vzorku jsou atomy rozmístěny nepravidelně a příspěvky k celkové intenzitě difraktovaného záření se často vzájemně vyruší. Naopak vzorek s periodickou strukurou (monokrystal) působí jako difrakční mřížka ve viditelném světle. Příspěvky k celkové intenzitě difraktovaného záření vzájemně interferují a v určitých směrech, specifických pro konkrétní krystalovou strukturu, se sčítají, jinak se vyruší.

Směry a intenzity difraktovaného záření se pro vzorek změří a po provedení korekcí (na tvar vzorku, tepelné kmity, absorbci, zprůměrování intenzit ze symetrických směrů) se určuje absolutní struktura. Při řešení se nejdříve určí hrubý model struktury a postupným přidáváním parametrů (anizotropie termálních kmitů, poloha lehkých atomů - vodíků) se optimalizuje shoda experimentálních dat s daty vypočtenými podle modelu. Míra shody modelu s experimentálními daty se hodnotí podle R-faktoru ale vždy je třeba kritické zhodnocení modelu člověkem.

Prášková analýza

V případě, že vzorek není k dispozici ve formě monokrystalu, tak lze provádět analýzu prášku. Vzorek se umele na jemno a místo směru se analyzuje pouze závislost intenzity difraktovaného záření na úhlu mezi primárním a difraktovaným paprskem. Z práškového záznamu nelze většinou přímo určit strukturu, ale lze ověřit, jestli záznam odpovídá modelu nebo jiné dříve určené struktuře.

Historie

První použití rentgenové krystalografie je datováno do roku 1912, kdy William Lawrence Bragg a jeho otec William Henry Bragg poprvé určili krystalické struktury prvků a postupně i jednoduchých anorganických látek. Za tuto práci získali v roce 1915 Nobelovu cenu za fyziku. Roku 1959 se poprvé podařilo analyzovat prostorovou strukturu u molekuly hemoglobinu.

Použití

RTG strukturní analýza se používá k určování struktury anorganických a organických nízkomolekulárních látek (minerálů, organických látek). Tradičně se používá v organické syntéze k potvrzení absolutní konfigurace látek nebo ve farmaceutickém průmyslu jako jednoznačná identifikace patentovaných polymorfů aktivních farmaceutických instancí (API). Tato metoda se používá k určení prostorové struktury bílkovin a enzymů a nukleových kyselin.

Odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu rentgenová strukturní analýza na Wikimedia Commons

Související články

• Rentgenové záření