röntgenkristallografia

Röntgenkristallografi är en metod för att bestämma atomära strukturer hos kemiska föreningar och biomolekyler genom att analysera hur röntgenstrålar diffrakteras av kristaller. Diffraktionsmönstret innehåller information om den elektroniska tätheten i kristallen. En central relation är Braggs lag, där nλ = 2d sin θ och där λ är strålens våglängd, d avståndet mellan kristallplan och θ diffraktionsvinkeln. Genom att mäta diffraktionsintensiteter och lösa fasproblemet kan man rekonstruera den inre elektronfördelningen och därigenom positionera atomerna.

Arbetsflödet omfattar odling eller framställning av rena kristaller, mätning av diffraktionsmönster med röntgeninstrument (ofta vid en synkrotron för hög intensitet) och beräkning av strukturen. Faslösning sker med direkta metoder, Patterson-metoder eller molekylär ersättning. Efter en initial modell refinieras atompositionerna mot de uppmätta intensiteterna genom flera omgångar av refinement.

Användningar inkluderar bestämning av små molekyler, läkemedelsdesign, proteinstrukturer, nukleinsyror och vissa material. Fördelen är ofta hög upplösning och tydlig atomisk detalj, men krav på kristaller och risk för strålningsskada är begränsningar. Problem som fasproblemet och kristallens kvalitet kan påverka kvaliteten på den slutliga modellen; i praktiken används ofta kompletterande metoder som cryo-elektronmikroskopi (cryo-EM) när kristallografi inte är möjligt.

Historiskt spelade röntgenkristallografi en central roll i modern kemi och biologi efter att von Laue visat diffraktion 1912 och Bragg-prisets utdelning 1915 till William Henry Bragg och William Lawrence Bragg. Säkerhet vid arbete med röntgenstrålning kräver skydd och reglerade arbetsförhållanden.