晶体结构解析的过程.doc

晶体结构解析的过程
(2010-06-10 16:49:31)
1、挑选直径大约为0.1–1.0mm的单晶。  
CCD的准直管直径有0.3mm，0.5mm，0.8mm；分别对应得晶体大小是0-0.3mm, 0.3-0.5mm, 0.5-0.8mm. 

2、选择用铜靶还是钼靶？  
铜靶要求θmax〉=66度，最大分辨率是0.77埃  
钼靶要求θmax〉=25度，最大分辨率是0.36埃 

3、用smart程序收集衍射数据 ：得到大约一千张倒易空间的衍射图像，300M大小。其中matrix图像45张，分成三组，每组15张，用以判定晶体能否解析。  
4、用saint程序还原衍射数据 ：得到很多文件，但是只有三个文件是我们需要的：-ls，p4p，raw。 
 -ls文件中包含有最大的和最小的θ角，有效地精修衍射点数目。 好像不同的机器或者还原程序得到的文件不同，有的是hkl，abs。  
5、用shelxtl程序处理上述数据，并画出需要的图形。  
5.1 装好shelxtl程序，新建一个project，输入要建立工程的名字，然后打开要解析的p4p或者raw文件。  
5.2 用xprep程序确立空间群，建立指令文件  
  这个过程基本上是一直按回车键的过程（除了在要输入化学成分的时候改动一下和在是否建立指令文件的时候输入Y即可），一般不会出错。如果出错，那就要重新对空间群进行指认（出错可能是出现在下面的精修过程中）。  
一般Mean（I/sigma）〉2才可以，越大越好。  
得到ins，hkl，pcf三个重要数据文件。  
其中ins文件：包含分子式，空间群等信息；  
    hkl文件：包含的是衍射点的强度数据；  
    pcf文件：记录了晶体物理特征，分子式，空间群，衍射数据收集的条件以及使用的相关软件等信息。  

5.3 选择要解析的方法：直接法（TREF）还是帕特深法（PATT）？  
  如果晶体中含有重原子如金属原子，那就要用PATT法；如果晶体中没有原子量差异特别大的原子，就用TREF法。默认的方法是直接法。  

5.4 用xs程序解析粗结构  
  得到res文件：包含了ins文件的内容和所有的Q峰信息。  

5.5 用xp程序与xl程序完成原子的指认，付利叶加氢或理论加氢，画图等。  
达到比较好的结果标准：  
A 化学上合理（键长、键角、价态）  
B R1 <0.08（0.06），wR2 <0.18（0.16），goof=S=1+-0.2(1.00)  
C R(int)<0.1,R(singma)<0.1  
D Maximum=0.000 

5.5.1 原子的指认  
  打开xp  
输入fmol  
  出现一系列的Q峰信息。每次打开xp后都要先输入此命令。 

输入pick  
进入Q峰之间连接的结构体系中。  
根据化学经验（键长，键角以及连接方式）和自己晶体的预测的结构，对Q 峰进行取舍。  
取舍完毕后，进行原子的命名。当闪点在某个原子上时，从键盘上输入要命名的原子的符号，然后回车；闪点就会跳到下一个要命名的Q峰上。当闪点在某个Q峰上时，如果直接回车，会删掉此原子，用backspace可以复原；如果直接敲空格键，闪点会跳到下一个Q峰上。  
敲“/”键，保存命名结果，退出；敲“esc”键，不保存结果，退出。  
输入pers  
可以看棍球图，如果有错误的原子命名，可以继续用pick命令进行修改。  
输入proj  
可以看到结构图，并可以旋转观看  
输入grow  
可以长出对称的单元。如果没有对称的单元，则此命令无效。  
输入fuse  
删除grow出来的原子和其他操作长出的原子，这些原子不能带入精修的过程中。  
输入sort /n  
  对原子进行排序，按照原子名称的序号；如果输入sort $C $N则按照原子种类进行排序。  
输入file name.ins  
  保存所作的命名信息。会有提示询问是否从name.res中拷贝信息，直接回车。 

注意：name指用xs解析时命名的作业名，不能更改。  
输入quit  
退出程序，敲esc退出程序  

5.5.2 用xl进行精修  
  点击xl  
  出现精修过程，看是否符合5.5中的标准（可以关闭xl后，通过增加ins中的ls的次数或者copy name.res to name.ins 命令进行反复精修，切记每次xl精修后生成的是res文件，因此要将res拷贝成ins再次进行精修才有效）。  
  如果其他的条件不符合，则要修改ins文件：加入  
  anis（对所有指令后的非氢原子进行各向异性精修，anis n对指令后的前n个原子进行各向异性精修，anis C对指令后的指定原子进行各向异性精修）  
  omit（忽略指定的衍射点，一般都要用到omit 0 52）  
  afix （将指定的原子坐标强制性的固定在指定的位置上，或者在指定的位置上产生原子）  
    afix 3 表示固定H原子的坐标  
    afix 13 表示固定垂直于某个平面的H原子的坐标  
    afix 23 表示固定亚甲基上的H原子的坐标  
    afix 137 表示固定甲基上的H原子的坐标（好像是afix 33）  
    afix 43 表示固定类似于苯环上的H原子的坐标  
  dfix （限定两个指定原子间的距离）  
  hfix （限制氢原子在固定的位置上，如hfix 43 N6）  
在原子的数字信息部分查找是否有H原子的产生（即付利叶计算出来的H原子），如果有则要把它固定起来（afix 2 表示固定温度因子，精修坐标；afix 3表示固定坐标，精修温度因子），以防在精修时其随处飘动，引起漂移值不稳定等。  
 保存后退出。  
继续用xl精修，看是否符合标准（也可以省略此步，因为H原子还没有加完） 

5.5.3用xp程序进行理论加氢  
打开xp  
输入fmol  
输入kill $q  
  去掉所有的q峰  
输入hadd  
  理论加氢（constr）  
输入pers或者proj  
查看H原子加的是否正确，如果不正确则要用“kill 原子名”干掉。 

输入file name.ins  
回车  
输入quit  
5.5.4 继续用xl精修  
  几轮精修之后，看标准是否达到，如果没有达到，还要继续查找原因，修改ins文件。  
  产生数据信息的ins文件中的命令，可以将这些命令加在unit和wght之间：  
  Bond $h (产生包括h原子在内的键长键角)  
  Conf （产生扭角）  
  Acta （产生cif文件）  
  Htab （产生可能的氢键，在lst文件中找）  
  Eqiv （和htab一起使用，指定形成氢键的两个原子的名称，将产生分子间和分子内有键合作用的原子的对称性代码，并将信息写在cif中）  
  Size a b c （晶体三个方向的大小，依此计算透过率）  
  mpla c1 c2 c3 c4…  
  mpla c7 c8 c9…  
  （计算由c1 c2 c3 c4 and c7 c8 c9产生的两个平面的夹角，在lst文件中）  
输入这些命令后，精修一轮就可产生相应的信息。一直精修到达到标准，才能算是完成精修任务。  
可以通过调整wght来修正S值。  
5.5.5 用xp画图  
点击xp  
A 画椭球图  
输入fmol  
输入info  
  显示所有原子和q峰的坐标和位移参数信息等。  
输入kill $q  
输入 proj  
  调整好视角，以保证所有的原子都能看清晰且美观。  
输入labl  0(模式)  500（大小）
  a=0，表示没有任何标注  
  a=1，表示不标注H原子，原子序号不用括号  
  a=2，表示不标注H原子，原子序号用括号  
  a=3，表示标注H原子，原子序号不用括号  
  a=2，表示标注H原子，原子序号用括号  
  b，表示标注字体的大小，一般简单的椭球图用300左右  
输入telp a b c d cell  
  telp cell表示画出带晶胞框的棍球图  
  telp 0 -50 0.05 20 less $h  
    其中0表示：立体角度  
      -50表示：位移椭球图的概率百分比，负值表示是椭球图，一般选择-30或者-50  
      0.05表示：键的半径，默认值是0.09，一般用0.05  
      20表示：观察的距离  
      如果用less $q则表示：不画所有的氢原子。  
  回车后，将出现椭球图，对原子进行标记（敲回车可以跳过原子，用backspace可以倒退，如果原子标记的字体大小不合适，要从labl命令从新开始）。  
标记完毕后，自动退出，此时会让输入要保存的*.plt的文件名。  
输入draw *  
  选a后回车  
  输入要输出的图像文件的名称  
  选回车保存成黑白图，选c保存成彩色图  
  等一分钟左右  
  此时就会有*.ps文件生成，该文件可以用photoshop打开。 

B 画晶胞堆积图  
输入fmol 

输入kill $q  
输入 proj  
  调整好视角，以保证所有的原子都能看清晰且美观。也可以用matr命令来调整视角。  
输入pbox a b  
  a表示在当前图形的位置下要堆积的晶胞格子的宽度  
  b表示在当前图形的位置下要堆积的晶胞格子的深度  
当前图形的位置下要堆积的晶胞格子的高度是宽度的0.75倍  
输入matr x  
  x =1表示从a轴的方向看；x =2表示从b轴的方向看；x =3表示从c轴的方向看  
输入pack  
  表示堆积。此时会出现堆积的图形，可以对堆积出的分子进行删减。选择倒数第二项退出，表示保存了此pack图形。  
输入proj  
  调整方向  
输入labl a b  
输入telp cell  
  如果要命名部分原子，就要一直按回车键直至退出。如果没有命名原子，可以按esc键退出。  
输入要保存的*.plt的文件名 

输入draw命令，以下同画椭球图的命令。  
 提示：画完椭球图后可以直接pbox和pack命令进行堆积图的处理；堆积图处理后，用fuse命令删除原子后可以进行椭球图的处理。  

5.5.6 xp程序的其他有用的命令  
 输入envi C1 3  
  显示出距离C1原子为3埃的所有原子，用此法可以寻找是否有氢键的存在？  
输入sgen 2565  
  长出由2565对称操作长出来的原子  
  1555：1表示对称操作的编号；三个5依次表示轴a，b，c的方向。  
      如果向a轴正方向平移一个单位，则对称号码为：1655；  
      如果向b轴正方向平移一个单位，则对称号码为：1565；  
      如果向c轴正方向平移一个单位，则对称号码为：1556；  
  1555 = +x，+y，+z  
  2555 = -x，-y，-z 

  3555 = 0.5-x，0.5+y，0.5-z  
  4555 = -0.5+x，-0.5-y，-0.5+z  
输入sgen C1 C2 C3 N4 N5 N7 S8 3566  
  长出这些原子  
输入join bond-type keywords  
  Bond-type=1表示实线（缺省值）；=2表示空心线；=3表示虚线  
  Keywords表示要连接的两个原子的标志号码。  
输入mpln keywords  
  如输入mpln C1 C2 C3 C4  
      mpln C7 C8 C9 C10  
  将计算出由C1C2C3C4和C7C8C9C10确定的两个最小二乘平面以及两个平面简单夹角。  
氢键的形成经验距离：  
X-H…Y，X…Y=3.2-4.0埃，H…Y<3埃  
 一些正常键长数据  
C-C = 1.53，1.51，1.47  
C-N = 1.47-1.50  
C-O（H） = 1.41-1.44，1.30（羧酸根的）  
C=O = 1.19-1.23，1.21-1.23（羧酸根的）  
C-Cl = 1.72-1.85  
C-NO2 = 1.21-1.22  
C-S = 1.82  
5.6 用platon程序检测  
  有些错误要返回到5.5重新精修以解决  
6、用platon程序检测cif文件，解决掉不可忽略的错误 
XP应用指南
1． 进入界面 
直接点击XP.exe的应用程序图标。或者从命令提示符进入。 
2． 如何打开一张RES图？ 
（1）首先确定RES扩展名的文件的位置及其文件名。然后将其拷到XP所在的文件夹中。 例如：在我的文档中有一个08122m . res的文件 
（2）在XP的界面中如下操作： 
XP》read 08122m 
XP》fmol 
按enter键后，会出现一系列数据标示。按enter使屏幕滚动，提示符重新出现。 
XP》mpln/n （选择项）（分子沿对称轴方向定向） 
屏幕出现x . y . z 轴坐标。 
XP》proj 
即可进入08122m的XRD结构图，右上角有一系列命令 
3． 如何只显示部分图形？ 
方法一：XP》pick 
屏幕出现一张结构全图，并自动扫描各键。确定拟保留和除去的键及原子，然后当扫描到某个键时，按“空格键”保留该键，按“enter”键删除该键。依次操作。依次操作直至满足要求。 
① 当误删时，按“backspace”即可恢复上步操作。 
② 处理完毕，按“ESC”返回至XP》____ 状态。但保留处理。 
③ 处理完毕，按“？/”键即可将处理后的图保留下来。 
④ 当扫描到某个原子时，可键入元素符号和数字来改变原子的编号。 
方法二：XP》pick ＄C 
则光标自动扫描所有C原子。按“空格键”或“enter”键来决定是逐个保留还是删除。 
方法三：XP》kill P1 
此法需要在已知拟删原子的坐标符合之后才能运用。否则很容易误删。上面的命令可删除结构图上的P1原子，然后给出“一个原子被删”的提示后直接回到XP》_____. 
以上三个方法均可用通配符“？”或“*”，C1 to C6 
4． 如何进行晶胞堆积？ 
（1） 按X，Y或Z轴方向堆积： 
XP》matr 1 （按X方向堆积） 
XP》matr 屏幕会给出一系列参数 
XP》pack 屏幕会给出在一定长、宽范围沿X轴的晶胞堆积图，用红蓝两色给出。若戴上一幅红蓝镜片的眼镜，则可看到立体图。如果要贮存，在退出时选择右上方“SGEN/FMOL”命令，那么接下来用PROJ命令打开时，即为该图，而不是以前的单晶。若想恢复到最初的单晶胞图，则用XP》fuse命令即可。 
（2） 按自定方向堆积 
先用XP》proj 命令打开一张图。 
再用其中的rotate选项选择合适的方向，退出。 
然后XP》pack 可显示所选方向的晶胞堆积图。 
5． 有关旋转的两个快捷键： 
① 选中旋转命令，按enter键可均匀缓慢旋转，在按下可停止RV 
② 在缓慢RV时，若按下空格键可加速选转，再次按下可恢复慢速。 
6． 修改显示空间 
XP》pbox 屏幕显示图形区域的长、宽值（默认20A，80A） 
XP》pbox 30 10 将区域改为30A、10A 
XP》pack 即可看到更多晶胞堆积在一定区域内。 
7．如何求二面角？（以a.res为例） 
XP》read a 
XP》fmol Cu1 P1 P2 N2 N4 C40 C41 C42 （将两个面上的原子） 
XP》mpln Cu1 P1 P2 （列出第一个面上的原子） 
XP》mpln C40 C41 C42 N3 N4 （列出第二个面上的原子） 
给出第二个面与第一个面的二面角值。 
8． 如何显示部分图形？ 
XP》read a （读入文件a.res） 
XP》fmol C1 C2 C3?????（列出所要显示的原子） 
XP》 
XP》proj 
即可显示部分图形。 
9．除两个原子间的连接： 
XP》undo P1 P2 
10．如何将晶体对称生长完全？ 
XP》grow 
11．用diag命令可将图形放于屏幕的右上角，方便以后编辑（如kill、pick等） 
12．如何给出与Cu1所连接各原子的键长和键角？ 
XP》bang Cu1 
13．如何退出XP？ 
XP》quit 
14．一张已经修改过的图，以便下次可直接进入该画面？ 
15．如何测量两个并不相连的原子的距离？ 
XP》envi x n 
X：代表某个原子序号 n ：为自然数 
该命令可以求出距离x原子n倍正常键长范围内所有原子与该原子的距离，并且给出所有以x原子为中心的各连线之间的夹角。 
16．如何测量两个平行平面间距？ 
XP》cent/x ______ (一个平面S1上原子) 
将给出这个平面中心一点X1A 
XP》mpln ______ (另一个平面S2的原子) 
将给出X1A到S2的垂直距离。 
如何平面S1和S2中心之间的距离？ 
可以用同样的方法求出平面S2的中心X1B，然后用envi命令求出X1A到X1B之间的 
距离。 
17．如何保存一张处理过的图形？ 
当用完pick或kill命令后，可用proj命令显示出处理的结果。当把它调整到适当的角度后，退出，并用save命令可将其保存下来。 
XP》save (键入一个文件名) 
XP》telp 0－30 
出现一大堆数据。当出现plotfile时，键入一个文件名，然后出现一张热椭球图形，可对其进行原子编号。（可移动鼠标来确定编号的位置，enter键：跳过编号原子，space键：确定编号。）当完成编号后，键入“b”、“空格”，此按键可将上述处理保存为一张plt的文件。 
18．如何作出能粘贴到word中的图？ 
① 得到*.plt后，在XP中draw ____ (键入文件名) 
然后出现一堆参数要求选择：h （可将其存为hgl文件） 
a （可存为ps文件） 
a4 
即可得到*.hgl文件 
在word中即可插入。 
② 把附件hpg.zip解压成hpg.reg ；hpglim32.flt 
把文件copy到C：\program files\commom file\Microsoft shared\graphflt 
双击hpgl.reg 使其注册 
19．如何回到以前已经保存过的一张*.sav的图形？ 
XP》read *.res 
XP》fmol 
XP》mpln/n 
XP》next _____ 键入想要调出的文件名（后缀为sav） 
20．如何将不完整的分子结构图画完全？ 
可以将一个原子沿着它所连接的原子逐个生长出去。 
XP》envi （键入一个原子，假如a） 
显示与该原子相连的其他原子符号（假如b），以及内部编号（****） 
XP》sgen b **** 
XP》proj 
可显示b原子，用此法可将一整个链画完整。 
21．查看晶胞参数的命令？ 
XP》cell 
22．查看是否有空洞的命令？ 
将结构晶胞堆积图旋转到一定方向后 XP》spix 即可出现一张结构堆积图。