Røntgenkrystallografi

Røntgenkrystallografi er en metode for å bestemme atomstrukturen til krystaller ved å studere hvordan røntgenstråler diffrageres når de treffer et krystall. Diffraksjonen av strålene avhenger av elektronfordelingen i krystallen, og fra diffraksjonsmønsteret kan man rekonstruere en tre-dimensjonal modell av atomenes posisjoner.

Det grunnleggende prinsippet er Bragg-loven: nλ = 2d sin θ, der λ er strålens bølgelengde, d avstanden mellom gitterplan og θ innfallsvinkelen. Diffraksjon oppstår når strålene interfererer konstruktivt, og mønsteret som samles inn gir informasjon om gitteret og dermed om atomposisjonene i krystallen. For å konstruere en elektronfordeling og en atommodell må fasen av de diffrakte bidragene bestemmes, noe som kalles faseproblemet.

Arbeidsflyten innebærer vanligvis å dyrke et enkelt krystall av prøven, måle diffraksjonen ved ulike vinkler og bruke dataprogrammer til å løse fasen og bygge en initial modell som deretter raffineres mot dataene. Krystalleffektivitet og strålingsskade er viktige faktorer i eksperimentet.

Røntgenkrystallografi har vært avgjørende for kjemisk strukturavgjørelse og biologi, blant annet for proteiner og DNA, og har hatt betydning for legemiddelutvikling og materialvitenskap.

Historisk ble metoden utviklet tidlig på 1900-tallet av Max von Laue og Bragg-brødrene Maurice og William Bragg. Med senere teknologisk utvikling, som synkrotronbaserte kilder og XFEL, har man oppnådd høyere oppløsning og studier av små eller ustabile krystaller.