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★声明：本文仅代表个人观点，笔者学识有限，资料整理过程中难免存在疏漏谬误，请不吝指正。 晶体测试案例116(新仪器试运行测试步骤) 最近，学院购置了一台新的布鲁克D8VENTURE单晶X射线衍射仪，操作软件为APEX6 [1]。 >>样品准备 同单位某课题组同学委托笔者帮忙测试一个含CHNOS元素的非手性有机化合物晶体，该晶体在样品瓶培养晶体，在瓶底部析出大块晶体，表明黑色，如图1所示。
▲图1 待测晶体 从中捞出部分晶体置于载玻片上用二甲基硅油（PDMS, polydimethylsiloxane/Dimethicone, CAS: 9006-65-9）包裹并在在显微镜下观察，用粉刺针切割后，发现是浅紫红色晶体，清洗并扒拉出合适的晶体（蓝色箭头所指）进行测试，如图2所示，。 ▲图2 晶体切割与挑选 >>新建样品 由于工程师安装APEX6时，默认路径设置在了C盘，而测试时希望将数据保存在D盘，因此需要先在D盘新建文件夹，比如“260115a”，然后在APEX6界面左上角点击新样品图标按钮（或者点击顶部菜单Sample下拉菜单中的New Sample），如图3红色箭头所指。 ▲图3 新样品图标按钮 随后，在弹出的NewSample对话框中点击Folder最右侧的文件夹图标，并在随后弹出的Select Directory中找到D盘中新建的文件夹“260115a”，选择后点击右下角Choose按钮，如图4所示，最后再点击New Sample对话框右下角的OK按钮即可。 ▲图4 新建样品 >>晶体对中 如图5所示，点击Set Up下的Center Crystal打开摄像界面。 ▲图5 Set Up>>Center Crystal 然后点击该界面右下角Mount按钮，如图6所示，并等待测角仪和探测器转到晶体安装界面。 ▲图6 Mount 安装好晶体之后，点击Center，并等待测角仪和探测器转到晶体对中界面，将晶体调到摄像头界面中心处（十字中心），如图7所示，然后点击Spin Phi 180°旋转180°到如图8所示位置。 ▲图7 初始对心位置晶体对中结果 ▲图8 初始对心位置晶体旋转180°位置 然后点击Spin Phi90°旋转90°并把晶体调到十字中心，如图9所示，然后再点击Spin Phi 180°旋转180°，如图10所示，最终测角仪位置如图11所示。 ▲图9 晶体对中 ▲图10 晶体对中 ▲图11 晶体对中 >>晶体尺寸测量和拍照 由于一些意外状况，晶体尺寸测量和拍照用另一个晶体作为案例，APEX6中测量晶体尺寸鼠标操作与APEX4略有不同，APEX4 [2]是鼠标点击两个位置测量所点击位置之间的距离，而APEX6中则是鼠标左键点击起始位置后，需按住鼠标左键不放，并拖动鼠标至终点位置来测量距离，经测量该晶体尺寸为0.084 × 0.105 × 1.235 mm3，如图12‒14所示（由APEX6呈现），最大尺寸是其他尺寸的两倍以上，可描述为针状（needle）晶体，参阅视频“晶体尺寸和晶癖描述需保持一致：https://www.bilibili.com/video/BV1yb421B72r”。 ▲图12 晶体尺寸测量 ▲图13 晶体尺寸测量 ▲图14 晶体尺寸测量
▲图15 仪器拍摄的晶体照片 >>测定晶胞 点击Evaluate下的Determine Unit Cell，然后点击界面右侧的Collect Data，界面如图16所示，Distance是指探测器与晶体之间的距离（默认40.00 mm），Exposure Time是曝光时间（默认10.00秒），Image Width是步长（默认0.50°），Scan Options是扫描选项（采用默认设置即可），Anode是光源，根据需要选择即可，测定晶胞可以将曝光时间设置为1秒，步长设置为1°（或者采用默认设置也可以）。 ▲图16 测定晶胞数据收集设置 测定晶胞收集2轮数据，每轮12帧衍射图，得到晶胞和布拉菲晶格如图17所示。 ▲图17 晶胞和布拉菲晶格 >>数据收集策略 确定了晶胞和布拉菲晶格后，点击Collect下的Calculate Strategy进入计算策略界面，如图18所示，需要先设置Unit Cell and Symmetry（晶胞和对称性），其中Resolution处可以设置数据收集分辨率，有一些选项，对于钼靶来说，Sufficient是0.83 Å，Standard是0.75 Å，High是0.65Å，Custom是自定义（在其右侧直接输入目标值即可），点击Estimate maximum resolution（估计最大分辨率）则程序会根据测定晶胞衍射图给出估计最大分辨率，根据需要设置即可，Anode可以选择辐射光源（钼靶和铜靶），Symmetry处选择对称性，本案例为非手性化合物，因此选择-1，全部设置好之后点击Apply按钮。 ▲图18 晶胞和对称性设置 点击Apply后，底下Run List界面会被激活，如图19所示。 ▲图19 激活Run List界面 ▲图20 晶体视频.vzs文件 将其后缀“.vzs”改为“.zip”，并解压可以查看拍摄的照片（.jpg文件），如图21所示。 ▲图21 .vzs文件中的照片文件 ▲图22 Parameters for the strategy determination对话框 设置好距离后，点击OK按钮，计算得到的策略为7轮数据，其中前2轮为fastscan（第2轮fastscan添加了衰减），曝光时间为1秒，其他5轮曝光时间为1秒，预计总时长为27分钟，如图23所示。 ▲图23 初始数据收集策略 点击SelectScan Parameters打开ScanParameters对话框，如图24所示，将步长由默认0.50°改为1.00°（本案例为小晶胞，不需要那么小的步长，改大步长可以节省时间），曝光时间由默认1.00秒改为3.00秒，预计总时长为44分钟。 ▲图24 步长和曝光时间修改 在Edit Runs中可以修改Fast Scan的曝光时间和步长，如图25所示，例如将Fast Scan的曝光时间改为2秒，步长仍为默认的1.000°。 ▲图25 Edit Runs 数据收集策略会记录在work文件夹中的“.exp”文件（本文案例为260115a.exp）中，如图26所示。 ▲图26 记录数据收集策略的.exp文件 >>开始测试 确定数据收集策略后，点击Collect下的Run Experiment，然后点击Append Strategy导入数据收集策略（此处还可以进行曝光时间、步长等设置），然后点击Validate验证操作有效性，最后点击右下角Execute按钮开始测试，如图27所示。 ▲图27 开始测试 实际测试耗费近49分钟（比预计的多了5分钟），如图28所示，共收集985帧衍射图，其中403帧过曝，占比约41%，总大小为1.48 GB。 ▲图28 实际测试情况 用APEX4还原该数据时，弹出如图28所示提示。 ▲图29 程序提示 在咨询了张老师后，发现新仪器探测器为PHOTON 4（第4代探测器），需要用APEX6处理数据，如图30所示。 ▲图30 问题解答 于是安装了APEX6来处理数据（感谢张老师解答）。 其衍射图如图31–33所示（由APEX6呈现）。 ▲图31 衍射图Run 1(fastscan，2秒曝光，无衰减) ▲图32 衍射图Run 1(fastscan，2秒曝光，衰减) ▲图33 衍射图Run 3(3秒曝光) 测完后，数据最终结果如图34所示（由Olex2 [3]呈现），无AB级警报（由PLATON [4]呈现）。 ▲图34 最终结果 根目录会产生一个.pcf文件（bruker_measurement_configuration_Mo.pcf），如图35所示，其中记录了仪器设备信息，可以在最终生成CIF [5]文件时用于填写相关内容。 ▲图35 .pcf文件 测试操作视频演示请参阅： 布鲁克D8VENTURE单晶X射线衍射仪APEX6测试操作步骤：https://www.bilibili.com/video/BV1t4rZBLEkQ 参考文献 [1] Bruker(2024). APEX6 (Version 2025.6-0). Program for Data Collection on AreaDetectors. Bruker AXS Inc., Madison, Wisconsin, USA. [2] Bruker (2021). APEX4 (Version 2021.4-1). Program for Data Collection on AreaDetectors. Bruker AXS Inc., Madison, Wisconsin, USA. [3] Dolomanov, O. V.;Bourhis, L. J.; Gildea, R. J.; Howard, J. A. K.; Puschmann, H. OLEX2: A Complete Structure Solution,Refinement and Analysis Program. J. Appl. Cryst. 2009, 42, 339–341. DOI: 10.1107/S0021889808042726. [4] (a) Spek, A. L. Single-CrystalStructure Validation with the Program PLATON.J. Appl. Cryst. 2003, 36, 7–13. DOI: 10.1107/S0021889802022112.(b) Spek, A. L. StructureValidation in Chemical Crystallography. ActaCryst. 2009, D65, 148–155. DOI:10.1107/S090744490804362X. (c) Spek, A. L. What Makes a Crystal Structure Report Valid? Inorg. Chim. Acta 2018, 470, 232–237. DOI:10.1016/j.ica.2017.04.036. (d) Spek, A. L. checkCIFValidation ALERTS: What They Mean and How to Respond. Acta Cryst. 2020, E76, 1–11. DOI: 10.1107/S2056989019016244. [5] (a) Hall, S. R.;Allen, F. H. Brown, I. D. The Crystallographic Information File (CIF): A NewStandard Archive File for Crystallography. ActaCryst. 1991, A47, 655–685. DOI:10.1107/S010876739101067X. (b) Hall, S. R. The STAR File: A New Formatfor Electronic Data Transfer and Archiving. J.Chem. Inf. Comput. Sci. 1991, 31, 326–333. DOI:10.1021/ci00002a020. (c) Hall, S. R.; Spadaccini, N. The STAR File:Detailed Specifications. J. Chem. Inf.Comput. Sci. 1994, 34, 505–508. DOI:10.1021/ci00019a005.
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发表于 2026-1-16 08:17:38
