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