晶体日记（二十）- 有效的数据收集是较省时间的方式据- X射线衍射XRD

从工作开始接触化学小分子晶体学，经常见的一句话：高角度没点，怎么办?这看似简单的问题，实则隐藏着诸多未解之谜。尽管它十分普遍，但每次听到，我总会陷入沉思。我明白提问者所要表达的意思。但是这个问题并没有表达出晶体的衍射能力怎么样？所谓的“没点”又表示着怎样的具体情况？然而多数情况下，稍微问一下，就发现“高角度没点”只是空洞的诉求。分辨率，衍射能力，这是晶体学里重要的东西。然而化学晶体学很多时候都在弱化这些基础。高角度无点，但晶体的分辨率是.9A？1.1A？1.5A？3A？还是更低？这些数字背后，其实表示着截然不同的衍射能力和晶体质量。但令人不解的是，为何所有问题都只说是“高角度没点”？关于回答也挺有意思。有人回答用更强的光源，有人回答用低温就好了，也有人回答去同步辐射。为什么就没有人反思晶体本身呢？其实每个晶体都有自己的衍射能力的上限，哪怕是用宇宙再强的光源也无法突破这个极限。我们在书本上学习的很多东西都是完美的晶体。意思是，完美的晶体会形成很美的衍射点，Bragg衍射嘛。但不完美的晶体才是晶体学工作者的生活常态。其实晶体的结构因子是连续的，是一种波函数。在”完美”的晶体加持下，连续的波相干加强，在衍射图上就只剩下了我们能看到的衍射点。然而不完美的晶体，比如结晶性不好，排列无序，晶体内部溶剂无序等，衍射图上就不会有高分辨率的衍射点，衍射图上也会出现模糊和波纹。所以什么样的晶体，就会有什么样的图案。即便并不是明显的衍射点，那些衍射的花纹信号也是晶体结构的体现。但垃圾的晶体永远不会有高质量的衍射数据，这永远是定律（这是每个做蛋白晶体的人都有的深刻感悟，然而对于小分子晶体世界却是另一番镜像）。那么问题来了，0.83 A 这么一个空洞的数字，是谁来规定所有的晶体都要达到的呢？   ▲图1 ：完美的晶体和非完美的晶体 图片来源Nature 2016,530,202-206数据收集的怪相小分子晶体收数据或者处理处理数据有个奇怪的现象，不管什么晶体，都去固定在Mo靶 0.77 A or Cu靶0.83A。假设一个晶体的衍射能力极限是1.1A，那么收集或处理到0.83A的意义何在呢？当然我知道这是唯checkcif带来的搞笑吐槽。日前看到一个数据，甚是困惑：这晶体为什么要收？又为什么这么收？首先，这个晶体衍射很弱，为什么只用5s的曝光？蛋白晶体也是一样。好像被同步辐射惯坏了一样，曝光时间稍微长点就好像不可思议一样。晶体衍射实验就是拍照。如同夜晚光线弱了，要拍出清晰的照片不应该使劲增加曝光时间么？逼近分辨率上限的办法就是增加曝光时间。   ▲图2 Frame…第二，这个分辨率已经很低了，为什么数据要收到0.83A呢？这张衍射图的分辨率范围是1.3A 到 0.84A。然而据目前的曝光时间看，这个分辨率不会有任何衍射信息出现。而这里的曝光时间是15s，整个数据收集了10个小时，其中9个小时在收集空白的衍射图。然后抱怨解析不出结构。抱歉，这样的分辨率设定完全是在浪费时间。   ▲图3 Frame…有效的Cu靶数据收集我在培训的时候，一直在强调一件事：不要把时间浪费在无意义的晶体和无效的数据收集上。不要把0.83A 当成“定理”一般供奉着，去浪费机时。有好的晶体分辨率可以到0.3A，自然也有不好的晶体，分辨率让人头疼，但这都是晶体真实的一面。晶体测试的目的是为了阐释分子或者晶体结构，如果这个目的可以达到，那么任何分辨率的数据都应该是有效的数据。所以如果某种晶体才试了很多次之后，极限可以达到1.1A，那这个数据就有收集的理由。即便是采集一天一夜，这也是个有效的数据。100个垃圾的数据也比不上一个有效的数据。我们只需要设置目标分辨率为1.0 A 就可以保证衍射图上大部分数据是有效的数据，而不至于再浪费时间。目标降低了（有意义的降低）也就大幅度的缩短所需的衍射图数目，这样即便分配给每张衍射图数倍的曝光时间，总体时间反而更短。   ▲图4 同样是10个小时的数据，结果大不相同这是个非常简单的逻辑，不是吗？我很困惑，晶体学在不断的进化，为什么我们的思维模式在不断的退化，变得更加的死板。晶体学里并没有那么多恒定不变的定理，只是我们人为地固化了。所以忘掉死板的0.83 A吧，顺便正确理解checkcif的意义。转载于《布鲁克X射线部门》公众号