晶體日記（二十）- 有效的數(shù)據(jù)收集是較省時(shí)間的方式據(jù)- X射線衍射XRD

從工作開始接觸化學(xué)小分子晶體學(xué)，經(jīng)常見的一句話：高角度沒點(diǎn)，怎么辦?

這看似簡(jiǎn)單的問題，實(shí)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(huì)陷入沉思。我明白提問者所要表達(dá)的意思。但是這個(gè)問題并沒有表達(dá)出晶體的衍射能力怎么樣？所謂的“沒點(diǎn)”又表示著怎樣的具體情況？然而多數(shù)情況下，稍微問一下，就發(fā)現(xiàn)“高角度沒點(diǎn)”只是空洞的訴求。

分辨率，衍射能力，這是晶體學(xué)里重要的東西。然而化學(xué)晶體學(xué)很多時(shí)候都在弱化這些基礎(chǔ)。高角度無(wú)點(diǎn)，但晶體的分辨率是.9A？1.1A？1.5A？3A？還是更低？這些數(shù)字背后，其實(shí)表示著截然不同的衍射能力和晶體質(zhì)量。但令人不解的是，為何所有問題都只說(shuō)是“高角度沒點(diǎn)”？

關(guān)于回答也挺有意思。有人回答用更強(qiáng)的光源，有人回答用低溫就好了，也有人回答去同步輻射。為什么就沒有人反思晶體本身呢？

其實(shí)每個(gè)晶體都有自己的衍射能力的上限，哪怕是用宇宙再?gòu)?qiáng)的光源也無(wú)法突破這個(gè)極限。我們?cè)跁旧蠈W(xué)習(xí)的很多東西都是晶體。意思是，晶體會(huì)形成很美的衍射點(diǎn)，Bragg衍射嘛。但晶體才是晶體學(xué)工作者的生活常態(tài)。

其實(shí)晶體的結(jié)構(gòu)因子是連續(xù)的，是一種波函數(shù)。在晶體加持下，連續(xù)的波相干加強(qiáng)，在衍射圖上就只剩下了我們能看到的衍射點(diǎn)。然而晶體，比如結(jié)晶性不好，排列無(wú)序，晶體內(nèi)部溶劑無(wú)序等，衍射圖上就不會(huì)有高分辨率的衍射點(diǎn)，衍射圖上也會(huì)出現(xiàn)模糊和波紋。所以什么樣的晶體，就會(huì)有什么樣的圖案。即便并不是明顯的衍射點(diǎn)，那些衍射的花紋信號(hào)也是晶體結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)。但垃圾的晶體永遠(yuǎn)不會(huì)有高質(zhì)量的衍射數(shù)據(jù)，這永遠(yuǎn)是定律（這是每個(gè)做蛋白晶體的人都有的深刻感悟，然而對(duì)于小分子晶體世界卻是另一番鏡像）。那么問題來(lái)了，0.83 A 這么一個(gè)空洞的數(shù)字，是誰(shuí)來(lái)規(guī)定所有的晶體都要達(dá)到的呢？

▲圖1 ：晶體和非晶體 圖片來(lái)源Nature 2016,530,202-206

數(shù)據(jù)收集的怪相

小分子晶體收數(shù)據(jù)或者處理處理數(shù)據(jù)有個(gè)奇怪的現(xiàn)象，不管什么晶體，都去固定在Mo靶 0.77 A or Cu靶0.83A。假設(shè)一個(gè)晶體的衍射能力極限是1.1A，那么收集或處理到0.83A的意義何在呢？當(dāng)然我知道這是唯checkcif帶來(lái)的搞笑吐槽。

日前看到一個(gè)數(shù)據(jù)，甚是困惑：這晶體為什么要收？又為什么這么收？

首先，這個(gè)晶體衍射很弱，為什么只用5s的曝光？蛋白晶體也是一樣。好像被同步輻射慣壞了一樣，曝光時(shí)間稍微長(zhǎng)點(diǎn)就好像不可思議一樣。晶體衍射實(shí)驗(yàn)就是拍照。如同夜晚光線弱了，要拍出清晰的照片不應(yīng)該使勁增加曝光時(shí)間么？逼近分辨率上限的辦法就是增加曝光時(shí)間。

▲圖2 Frame…

第二，這個(gè)分辨率已經(jīng)很低了，為什么數(shù)據(jù)要收到0.83A呢？這張衍射圖的分辨率范圍是1.3A 到 0.84A。然而據(jù)目前的曝光時(shí)間看，這個(gè)分辨率不會(huì)有任何衍射信息出現(xiàn)。而這里的曝光時(shí)間是15s，整個(gè)數(shù)據(jù)收集了10個(gè)小時(shí)，其中9個(gè)小時(shí)在收集空白的衍射圖。然后抱怨解析不出結(jié)構(gòu)。抱歉，這樣的分辨率設(shè)定是在浪費(fèi)時(shí)間。

▲圖3 Frame…

有效的Cu靶數(shù)據(jù)收集

我在培訓(xùn)的時(shí)候，一直在強(qiáng)調(diào)一件事：不要把時(shí)間浪費(fèi)在無(wú)意義的晶體和無(wú)效的數(shù)據(jù)收集上。不要把0.83A 當(dāng)成“定理”一般供奉著，去浪費(fèi)機(jī)時(shí)。有好的晶體分辨率可以到0.3A，自然也有不好的晶體，分辨率讓人頭疼，但這都是晶體真實(shí)的一面。

晶體測(cè)試的目的是為了闡釋分子或者晶體結(jié)構(gòu)，如果這個(gè)目的可以達(dá)到，那么任何分辨率的數(shù)據(jù)都應(yīng)該是有效的數(shù)據(jù)。所以如果某種晶體才試了很多次之后，極限可以達(dá)到1.1A，那這個(gè)數(shù)據(jù)就有收集的理由。即便是采集一天一夜，這也是個(gè)有效的數(shù)據(jù)。100個(gè)垃圾的數(shù)據(jù)也比不上一個(gè)有效的數(shù)據(jù)。

我們只需要設(shè)置目標(biāo)分辨率為1.0 A 就可以保證衍射圖上大部分?jǐn)?shù)據(jù)是有效的數(shù)據(jù)，而不至于再浪費(fèi)時(shí)間。目標(biāo)降低了（有意義的降低）也就大幅度的縮短所需的衍射圖數(shù)目，這樣即便分配給每張衍射圖數(shù)倍的曝光時(shí)間，總體時(shí)間反而更短。

▲圖4 同樣是10個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)，結(jié)果大不相同

這是個(gè)非常簡(jiǎn)單的邏輯，不是嗎？

我很困惑，晶體學(xué)在不斷的進(jìn)化，為什么我們的思維模式在不斷的退化，變得更加的死板。

晶體學(xué)里并沒有那么多恒定不變的定理，只是我們?nèi)藶榈毓袒?。所以忘掉死板?.83 A吧，順便正確理解checkcif的意義。

轉(zhuǎn)載于《布魯克X射線部門》公眾號(hào)