Анализа рендгенске дифракције - шта је то?

Година 1895. се показала изузетно важном прво за науку, а ускоро и за цео свет - то је било први пут да су откривене рендгенске снимке, без којих је данас тешко замислити наш живот. Реч је страшна, сви се плаше њега: то је студија која убија! А након катастрофа у нуклеарној електрани, крв у венама пролази хладно. Међутим, сви су чули за трагедије, али мало људи зна о предностима које је ово откриће дало људима. И не говоримо само о посебним сликама - тешко да је једина ефикасна метода за идентификовање многих патологија. Још једна област примене зрака - рендгенска анализа метала, протеина и других једињења.

О чему говоримо

Кс-зраке - електромагнетске осцилације. Карактеристична је мала дужина упоредива са атомским димензијама. Извор зрачења су брзи електрони који утичу на структуру атома. Тренутно, радијација је нашла примену у научном и техничком сектору.

Карактеристике зрачења откривене су 1912. године током тестова које су спровели немачки научници Книппинг, Фриедрицх и Лауе. Испитивање атомске решетке открило је чињеницу дифракције. Ако формирате уски сноп зрачења и усмјерите га према кристалу, осигуравајући да је још увијек, можете добити фракцијску слику на фотографској плочи која се налази иза кристала. Тако добијени одраз био је уређен систем тачака, од којих је сваки био траг одређеног зрака раштрканог утицајем кристала. Одлучено је да се слика назове Лауеграм. Он је основа за рендгенску структуралну анализу кристала, која се развија и побољшава у модерним временима.

Сецретс вс. науку

Рендгенска структурна анализа примењена у биологији омогућила је продирање у тајну суштину живота. Међутим, вреди напоменути да је квантна физика била основа за све - она ​​је она која даје аргументе за феномене које сада спознајемо помоћу рендгенских зрака. Познато је да су околни простор, тела, објекти формирани молекулима, атомима, савијеним у различите систематизоване, уређене структуре. Идентификација карактеристика одређене супстанце може се извести само експериментално. Данас је употреба рендгенске анализе ефикасна, прецизна, савремена метода за одређивање атомске структуре.

Да би се добиле корисне информације, потребно је користити експерименталне објекте, гдје валови „раде“, чија је дужина десет на минус десетог ступња (!) Метара. То је скала удаљености на атомском нивоу. За просечну особу, далеко од физике, није могуће чак ни замислити такве мале вриједности - али научници не само да су их могли видјети, већ су их и анализирали, присилили да раде и произвели још више информација потребних човјечанству да разумије свијет и његове законе.

Структуре и технике

Експерименти из 1912. године омогућили су формулисање основних принципа рендгенске структурне анализе, јер су научници добили ефикасну методу за идентификацију положаја молекула, атома унутар кристала. Временом смо такође успели да прикупимо информације о унутрашњој структури молекула. Нове информације су брзо привукле пажњу најсјајнијих умова тог времена, а два британска научника, отац и син Брагг, преузели су рад на још увек развијајућој рендгенској структурној анализи. Створили су метод којим је човечанство било у стању да веома прецизно одреди молекуларну, минералну структуру.

Током времена, фокус пажње научника се показао све сложенијим објектима, али се рендгенска дифракцијска анализа показала изненађујуће универзалном. Поступно је ред дошао до живих молекула. Тешко је замислити колико је сада значајна метода рендгенске дифракције у биологији. Скоро одмах, научници су се суочили са бројним тешкоћама, а на првом месту - проблемом изоловања кристала. Један молекул је неколико десетина хиљада атома, што је учинило да је слика тако заплетена у слику да је било немогуће вратити координате. Али ово је само почетак: прошле су године, метод је побољшан, сада је овај проблем већ ријешен.

Рендгенска анализа протеина

Најзначајнија истраживања везана за ову тему организована су у Цавендисх Лаборатори. Њих је водио поменути Британац Брагг. Као технички задатак формулисан је задатак идентификације просторне структуре протеина. Такав циљ био је логичан: средином прошлог века постојало је мишљење да је најважнији молекул живог света протеин. Да би објаснили ту идеју, аргумент је био чињеница да су хемијске реакције изазване у ћелији - ензими који их стимулишу, постоје само протеини. На основу тога, научници су направили логичан закључак да је протеин главни грађевни материјал живе ћелије и да би савладавање свих карактеристика његове структуре дало одговор на сва питања везана за чињеницу живота. А да би се проучила структура, помогла је метода рендгенске анализе.

Дакле, фокус је на комплексном полимеру - протеину, чије су везе мономери, аминокиселински остаци. Студије су показале да су оне увек линеарне, а структура је константна са порастом температуре, чак и до тачке где је биолошка активност потпуно инхибирана. На основу добијених информација, постало је јасно да само аминокиселински остаци у исправном редоследу још увек не могу да пруже могућност живота, такође је потребан и правилан распоред група у простору.

Успех је при руци

Примењена у лабораторијским условима, рендгенска анализа помогла је да се реши проблем постављен научницима. Успјех је дошао средином педесетих, а откривачи су били Перутз, Кендрев. Захваљујући њима, свет сада зна да протеин има тродимензионалну структуру. Једнако важне су и друге информације које су различити научници добили у току истраживања и тестирања у покушају да се постигне циљ. Многи од података добијених у то време, у будућности, помогли су да се избегну грешке и да се анализу ћелија Кс-зрака учини једноставнијом.

Тренутно, користећи развијену технологију, могуће је проучити атом било које супстанце и одредити све специфичности јединице ћелије, укључујући и њену локацију у простору, облику и димензијама. Анализа рендгенске дифракције открива групу кристалних симетрија. Данас је овај метод одређивања структуре супстанце више распрострањен од било ког другог, због његове релативно ниске цене, лакоће имплементације.

Кс-раи спектри

Овај концепт је један од кључних за теорију рендгенске анализе. Уобичајено је говорити о два типа: карактеристична, бремсстрахлунг. Кочење због одговарајућег кретања електрона. Овај феномен може бити изазван у лабораторијским условима активирањем анти-катоде инсталације. Научник добија приступ ограниченом широком опсегу. Начин на који ће се граница налазити не зависи од супстанце, већ је то у потпуности захваљујући резервама енергије усмјерених електрона. Спектар кочења постаје интензивнији ако су усмерене честице лакше, а побуђивање електрона омогућава постизање веома високих вредности.

Карактеристично зрачење које се користи у методи рендгенске анализе прати кретање електрона. Чиста честица која се налази на унутрашњем атомском слоју је избачена, напуњена честица пролази из спољашњег слоја, читав процес је праћен одређеном карактеристиком - специфичним спектром, који је на много начина сличан природним гасовитим супстанцама. Основна разлика између ових спектара је у зависности (или његовом одсуству у случају рендгенског прегледа) на елементу који изазива формирање феномена.

Рендген, резултат и објект

Као што су показали тестови који су изведени користећи различита једињења, рендгенска анализа је донекле одређена њеном карактеристиком која се рефлектује кроз редни број Мендељејеве табеле: што је та вредност већа, то је јачи помак на кратковални спектар. Године 1913. доказано је: извучено из вриједности фреквенције скуаре роот линеарно везан за атомски број. У будућности, овај образац је коришћен да оправда Мендељејеву табелу.

Треба имати на уму да различити елементи имају различит спектар. Истовремено, не постоји зависност од ексцитабилности за емитовање рендгенске луминесценције у слободном облику, комбинујући се са другим хемијским елементима. На основу података, постало је могуће извршити рендгенску структурну анализу која се примењује на сложене структуриране објекте. Идентификоване спецификације постале су основне за одређивање специфичности аналитичког метода, које се данас широко користе.

Рендгенска анализа: теорија и пракса

Тренутно, ова метода анализе је класификована као хемијска секција, применљива за анализу састава материјала. Интензитет зрачења одређен је бројем атома укључених у процес. Узбуђење је изазвано бомбардовањем електронима, зрачењем. У првом случају, они говоре о директној ексцитацији, када су изложени рендгенском зрачењу - флуоресцентно (секундарно). Квант примарног зрачења мора имати енергетске резерве које превазилазе трошкове избацивања електрона из његовог положаја. Бомбардовање постаје узрок специфичног спектра и зрачења - континуираног, високог интензитета. Ако се претпостави секундарна ексцитација, резултат садржи линеарни спектар.

Примарна ексцитабилност је праћена загревањем супстанце. Флуоресцентно не изазива такав ефекат. У примарној методи, цев се пуни супстанцом, где се ствара високи вакуум, а за флуоресцентну методологију је потребно да се објекат постави на пут рендгенских зрака. Стање вакуума овде није важно. Ово је веома згодно: након прегледа једног објекта, можете уклонити узорак и поставити следећи, процедура је једноставна и не траје готово никакво време. Истовремено, интензитет секундарне радијације је хиљаду пута слабији у односу на примарну методу. Међутим, методом рендгенске анализе ћелије обично се користи тачно секундарно, флуоресцентно зрачење, што подразумева присуство брзих електрона.

Шта се користи?

За анализу морате имати на располагању посебан уређај. Анализа рендгенске дифракције пуног профила је изведена помоћу дифрактометра. Ту је и флуоресцентни спектрометар. Овај уређај се састоји од три кључна чвора: цев, анализатор, детектор. Први је извор зрачења који утиче на спектар флуоресценције материјала који се проучава. Потребан је анализатор да би се добио спектар. Детектор преноси информације о интензитету, следећи корак је да забележи резултате експеримента.

У пракси се често користи такав спектрометар: извор зрачења, детектор лоциран на специјализованој кружници, централно мјесто припада кристалу који се може окретати око своје властите оси. Заправо, оса продире у центар круга.

Фокусни спектрометар

Као што се може закључити из информација које су доступне широком кругу људи, тренутно је тешко приступити методама и програмима анализе рендгенске дифракције пуног профила, тако да се оне у пракси нису нашироко користиле. Примећено је да је много релевантнија опција метода рефлексије, коју су измислили Јоханнон, Јоханнсон и Капитса. Претпоставља се употреба специјализованог спектрометра. Алтернативна опција је технологија коју спонзорише Цоуцх, Ду Монд. Ова опција се назива "на пролазу".

Ове широко коришћене технике су тренутно са једним или више канала. Вишеканални квантометри, аутрометри су ефикасан метод за детекцију вишеструких елемената. Сам рад који је повезан са анализом, примена такве технологије је аутоматизована на високом нивоу. Углавном су уређаји опремљени цијевима, уређајима, захваљујући којима се постиже повећани ступањ стабилности студије. Спектрометар користи таласе из распона који је одредио анализатор. Одређена специфична дистанца је карактеристична за његове равни, и није могуће одразити такве зраке, чија је дужина двострука или већа од интерпланарног анализатора.

Карактеристике имплементације

Тренутно користе различите елементе као кристале. Најраспрострањенији лискун, гипс, кварц. Геигерови бројачи дјелују као детектори, као и специјализирани кристални, пропорционални. Недавно су се све више користили такозвани квантни сцинтилациони бројачи.

Од објеката који се истражују различитим уређајима, често се пажња истраживача привлачи бизмут феритима. Фулл-профиле рендгенска дифракцијска анализа БиФеО3 је више пута постала главна тема научног рада у области хемије, претпоставља се да неки аспекти тек треба да се открију.

Сцопе

Рендгенска анализа вам омогућава да одредите колико једињење садржи циљни елемент који побуђује интерес истраживача. Дозвољено је истраживање комплексних спојева, легура, метала. Често се на тај начин анализирају керамичке, цементне и пластичне масе. Могу се истражити чак и прашине или абразивне компоненте. Хемијска технологија омогућава приступ широком спектру различитих производа, чија се својства могу истражити прибјегавањем рендгенским зракама. Најважније области примене анализе су геологија, металургија, где се апарат користи за идентификацију микроскопских, макроскопских компоненти.

Без граница савршенства

Не увек стандардна инсталација за рендгенску анализу омогућава да се добију потребне информације о предмету који се испитује. Да би се повећала осетљивост примењене методе, дозвољена је комбинација неколико приступа: радиометрија је савршено комбинована са хемијским методама. Највиша осетљивост је одређена атомским бројем детектоване супстанце, као и просечним бројем узорака. Ако говоримо о свјетлосним елементима, задатак се сматра сасвим једноставним. Тачност - 2-5% (релативна), тежина - читање грама, трајање - до два сата, али понекад је потребно само неколико минута. Али изазов се сматра тешким ако говоримо о меком спектру, малом З.

Анализа протеина: карактеристике

Једна од веома важних области употребе описане методе је анализа протеина. Као што је горе поменуто, да би се добиле тачне информације о предмету који се испитује, мора се проучавати као кристал, али у нормалном стању молекул протеина нема овај облик. Трансформација је потребна за анализу.

Како ово иде?

Скоро свако истраживање протеина у оквиру експеримента укључује биохемијску методу за екстракцију оригиналне супстанце. Биолошки материјал је дробљен, протеин је претворен у растворено стање и потребан објекат је изолован од укупне смеше, што ће се даље истраживати. На много начина, ефикасност догађаја зависи од квалитета излучивања протеина.

Да би могли користити анализу Рендгенско зрачење потребно је формирати кристале. Ако је веза отежана, ток посла је одложен на дуже време. У правилу, као почетни састав се користи засићени раствор, који се затим третира и течност испарава. Друга опција укључује температурне ефекте. Резултујуће компоненте се могу истражити у посебној инсталацији.