晶體日記（二十）- 有效的數據收集是較省時間的方式據- X射線衍射XRD

從(cong) 工作開始接觸化學小分子晶體(ti) 學，經常見的一句話：高角度沒點，怎麽(me) 辦?

這看似簡單的問題，實則隱藏著諸多未解之謎。盡管它十分普遍，但每次聽到，我總會(hui) 陷入沉思。我明白提問者所要表達的意思。但是這個(ge) 問題並沒有表達出晶體(ti) 的衍射能力怎麽(me) 樣？所謂的“沒點"又表示著怎樣的具體(ti) 情況？然而多數情況下，稍微問一下，就發現“高角度沒點"隻是空洞的訴求。

分辨率，衍射能力，這是晶體(ti) 學裏重要的東(dong) 西。然而化學晶體(ti) 學很多時候都在弱化這些基礎。高角度無點，但晶體(ti) 的分辨率是.9A？1.1A？1.5A？3A？還是更低？這些數字背後，其實表示著截然不同的衍射能力和晶體(ti) 質量。但令人不解的是，為(wei) 何所有問題都隻說是“高角度沒點"？

關(guan) 於(yu) 回答也挺有意思。有人回答用更強的光源，有人回答用低溫就好了，也有人回答去同步輻射。為(wei) 什麽(me) 就沒有人反思晶體(ti) 本身呢？

其實每個(ge) 晶體(ti) 都有自己的衍射能力的上限，哪怕是用宇宙再強的光源也無法突破這個(ge) 極限。我們(men) 在書(shu) 本上學習(xi) 的很多東(dong) 西都是晶體(ti) 。意思是，晶體(ti) 會(hui) 形成很美的衍射點，Bragg衍射嘛。但晶體(ti) 才是晶體(ti) 學工作者的生活常態。

其實晶體(ti) 的結構因子是連續的，是一種波函數。在晶體(ti) 加持下，連續的波相幹加強，在衍射圖上就隻剩下了我們(men) 能看到的衍射點。然而晶體(ti) ，比如結晶性不好，排列無序，晶體(ti) 內(nei) 部溶劑無序等，衍射圖上就不會(hui) 有高分辨率的衍射點，衍射圖上也會(hui) 出現模糊和波紋。所以什麽(me) 樣的晶體(ti) ，就會(hui) 有什麽(me) 樣的圖案。即便並不是明顯的衍射點，那些衍射的花紋信號也是晶體(ti) 結構的體(ti) 現。但垃圾的晶體(ti) 永遠不會(hui) 有高質量的衍射數據，這永遠是定律（這是每個(ge) 做蛋白晶體(ti) 的人都有的深刻感悟，然而對於(yu) 小分子晶體(ti) 世界卻是另一番鏡像）。那麽(me) 問題來了，0.83 A 這麽(me) 一個(ge) 空洞的數字，是誰來規定所有的晶體(ti) 都要達到的呢？

▲圖1 ：晶體(ti) 和非晶體(ti) 圖片來源Nature 2016,530,202-206

數據收集的怪相

小分子晶體(ti) 收數據或者處理處理數據有個(ge) 奇怪的現象，不管什麽(me) 晶體(ti) ，都去固定在Mo靶 0.77 A or Cu靶0.83A。假設一個(ge) 晶體(ti) 的衍射能力極限是1.1A，那麽(me) 收集或處理到0.83A的意義(yi) 何在呢？當然我知道這是唯checkcif帶來的搞笑吐槽。

日前看到一個(ge) 數據，甚是困惑：這晶體(ti) 為(wei) 什麽(me) 要收？又為(wei) 什麽(me) 這麽(me) 收？

首先，這個(ge) 晶體(ti) 衍射很弱，為(wei) 什麽(me) 隻用5s的曝光？蛋白晶體(ti) 也是一樣。好像被同步輻射慣壞了一樣，曝光時間稍微長點就好像不可思議一樣。晶體(ti) 衍射實驗就是拍照。如同夜晚光線弱了，要拍出清晰的照片不應該使勁增加曝光時間麽(me) ？逼近分辨率上限的辦法就是增加曝光時間。

▲圖2 Frame…

第二，這個(ge) 分辨率已經很低了，為(wei) 什麽(me) 數據要收到0.83A呢？這張衍射圖的分辨率範圍是1.3A 到 0.84A。然而據目前的曝光時間看，這個(ge) 分辨率不會(hui) 有任何衍射信息出現。而這裏的曝光時間是15s，整個(ge) 數據收集了10個(ge) 小時，其中9個(ge) 小時在收集空白的衍射圖。然後抱怨解析不出結構。抱歉，這樣的分辨率設定是在浪費時間。

▲圖3 Frame…

有效的Cu靶數據收集

我在培訓的時候，一直在強調一件事：不要把時間浪費在無意義(yi) 的晶體(ti) 和無效的數據收集上。不要把0.83A 當成“定理"一般供奉著，去浪費機時。有好的晶體(ti) 分辨率可以到0.3A，自然也有不好的晶體(ti) ，分辨率讓人頭疼，但這都是晶體(ti) 真實的一麵。

晶體(ti) 測試的目的是為(wei) 了闡釋分子或者晶體(ti) 結構，如果這個(ge) 目的可以達到，那麽(me) 任何分辨率的數據都應該是有效的數據。所以如果某種晶體(ti) 才試了很多次之後，極限可以達到1.1A，那這個(ge) 數據就有收集的理由。即便是采集一天一夜，這也是個(ge) 有效的數據。100個(ge) 垃圾的數據也比不上一個(ge) 有效的數據。

我們(men) 隻需要設置目標分辨率為(wei) 1.0 A 就可以保證衍射圖上大部分數據是有效的數據，而不至於(yu) 再浪費時間。目標降低了（有意義(yi) 的降低）也就大幅度的縮短所需的衍射圖數目，這樣即便分配給每張衍射圖數倍的曝光時間，總體(ti) 時間反而更短。

▲圖4 同樣是10個(ge) 小時的數據，結果大不相同

這是個(ge) 非常簡單的邏輯，不是嗎？

我很困惑，晶體(ti) 學在不斷的進化，為(wei) 什麽(me) 我們(men) 的思維模式在不斷的退化，變得更加的死板。

晶體(ti) 學裏並沒有那麽(me) 多恒定不變的定理，隻是我們(men) 人為(wei) 地固化了。所以忘掉死板的0.83 A吧，順便正確理解checkcif的意義(yi) 。

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