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晶体结构解析步骤

  Steps to Crystallographic Solution

  (基于SHELXL97结构解析程序和DOS版SHELXTL画图软件。在DOS下操作)

  注意:

  1. 每一个晶体数据必须在D:/STRUCT下建立一子目录(如D:\STRUCT\AAA),并将最初的数据备份一份于AAA目录下的子目录ORG;

  2. 此处用了STRUCT.BAT批文件,它存在于C:\根目录下,内有path= c:\nix; c:\exe; d:\ struct; c:\windows\system32 (struct为工作目录,exe为SHELXL97程序,nix为SHELXTL画图)

  3. 在了解DOS下操作之后,可在WIN的WINGX界面下进行结构解析工作,画图可用XP或DIAMOND软件进行。

  一. 准备

  1. 检查是否有inf、dat和f2(设为sss.f2)文件

  2. 用EDIT或记事本打开dat或inf文件, 并于记录本上记录下相关数据(下面所说的记录均指记录于记录本上):

  ⊕ 从% crystal data项中,记下晶胞参数及标准偏差(cell);晶体大小(crystal size);颜色(crystal color);形状(crystal habit);测量温度(experiment temperature);

  ⊕ 从R merge项中,记下Rint=?.???? %;

  ⊕ 从 total reflections项中,记下总点数;

  ⊕ 从unique reflections项中,记下独立点数

  3. 双击桌面的DOS图标(或Win2000与WinNT的“命令提示符”)

  4. 键入STRUCT(属于命令,大小写均可。下同)

  5. 进入欲处理的数据所在的文件夹(上面的1~2工作也可在这之后进行)

  6. 键入XPREP sss.f2 (屏幕显示DOS的选择菜单)

  7. 选择[4],回车(下记为)

  8. 输入晶胞参数 (建议在一行内将6个参数输入,核对后)

  9. 一系列运行(对应的操作动作均为按)之后,输入分子式(如, Cu2SO4N2C4H12。此分子式仅为估计之用。注意:反应中所有元素都应尽可能出现,以避免后续处理的麻烦)

  10. 退出XPREP运行之前,机器要求输入文件名,此时一定要输入文件名,且不与初始的文件名同名。另外,不要输入扩展名。如可输入aaa

  11. 检查是否产生有PRP、PAR和INS文件(PRP文件内有机器对空间群确定的简要说明)

  12. 更名:REN aaa.f2 aaa.hkl

  13. 用EDIT或记事本打开aaa.ins文件,在第二~三行中,用实际的数据更改晶胞参数及其偏差(注意:当取向改变了,晶胞参数也应随之对应),波长用实际波长。

  二.解结构

  14. 键入SHELXS aaa或XS aaa, (INS文件中, TREF为直接法,PATT为Pattersion法)

  15. XP, (进入XP程序)(可能产生计算内址冲突问题,注意选择处理)

  16. READ or REAP aaa (aaa.res 为缺省值,若其它文件应是文件名.扩展名,如aaa.ins)

  17. FMOL, (不要H原子时,为FMOL LESS $H,或FMOL后,KILL $H, ) (读取各参数,屏幕上显示各原子的键合情况)

  18. MPLN/N, (机器认为最好取向)

  19. PROJ, (随意转动,直至你认为最理想取向)

  20. PICK, (认为合理的位置投相应原子,如C原子键入C8,注意序号不能重复;不合理的用剔除,暂时不确定用空格键放弃,完成或不再投原子时键入"/")

  21. SORT …….. (排序) 如,SORT $Cu $N $C $H

  22. FILE aaa, (保存文件)

  23. EXIT, 或QUIT, (退出XP程序)

  24. 打开aaa.ins,删去原子序号之前的HKLF 4这一行以及机器自动产生的REM行(借助WINGX界面不会产生这一问题)

  25. 键入SHELXL aaa (此时的目的是用Fourier峰和差值Fourier峰找其它原子)

  26. 用EDIT或记事本打开aaa.LST文件(查看Fourier峰的大小,记住峰值大于5e/Å3以上的峰如Q1~Q8;如果前一次处理中有误,可能提示一些信息于文件中,请注意处理,去误存真)

  27. 进行15~23步,投Qn(Fourier峰较大者)

  28. 重复25~27步骤,直到解出完整结构模型(过程中可打开LST文件查看进行情况)

  三.结构修正

  29. 用EDIT打开aaa.ins,并完成:

  ⊕删去原子序号之前的HKLF 4这一行(修正时,不允许在原子序号前有HKLF 4;但HKLF n可放在END的前一行), 以及机器自动产生的REM行;

  ⊕在UNIT行后加入TEMP ?? (单位已设为°C)一行;

  ⊕加入 SIZE (晶体的三维尺寸 ???? ???? ????,单位已设为mm)一行;

  ⊕在MERG 2前加REM;在OMIT 4前加REM

  30. 键入SHELXL aaa

  31. 用EDIT打开aaa.res,并将END后的WGHT行移到FVAR行之后,另存为同名的INS文件作为输入的指令文件

  32. 重复30~31步骤,完成同性修正。每一次修正后,均可打开LST文件查看运行情况。认为合理时,COPY aaa.res zzz.res (另存文件,以备用)。必要时,记下同性(此时)的R1和wR2因子(不要求完全收敛)

  33. 用EDIT打开aaa.res,并将END后的WGHT行移到FVAR行之后,并在原子序号之前加入单独的ANIS n一行(ANIS为异性修正,n为原子个数,可根据情况设定),存为同名的INS文件(履盖了原INS文件)

  34. SHELXL aaa

  35. 打开LST或RES文件,不合理时,修正INS文件ANIS n的n, 重复进行32~33步,直到合理后进行第36步

  36. 进入XP程序,并加H。对C、N可理论加H,指令为HADD;对其它原子,则需采用Fourier加H,即第16步为REAP aaa ,第20步时投H原子

  37. FILE aaa, (保存文件)

  38. EXIT, (退出XP程序)

  39. 用EDIT打开aaa.ins,并完成:

  ⊕更改 BOND 0.5为BOND $H

  ⊕将各个H原子移到相应原子之后,在H原子前加AFIX n3一行,H原子之后加AFIX 0一行(有关n的规定,请查看SHELXL说明书);

  ⊕删去原子序号之前的HKLF 4这一行(修正时,不允许在原子序号前有HKLF 4),以及机器自动产生的REM行;

  ⊕如果非N、C原子仍不能找出H原子,可提高PLAN后的数值(残峰多一点)

  40. 重复29~30和34~38步,继续修正,以致H尽可能全部找出(如果实在找不出,应在记录本上说明具体情况)

  41. 重复29~30步,直到R1收敛,Shift/error最小(0.00?),残余峰小(<1e/Å3)。此时,结构精修工作完成。强烈建议将这时的文件另存一备份(可履盖同性备份文件),COPY aaa.res zzz.res

  四.氢键查找

  氢键查找有多种方法,这里只是操作最简单的机器自动产生方法

  42. 用EDIT打开aaa.res,END后的WGHT行移到FVAR行之后,并在UNIT行后加入HTAB一行,存为同名的INS文件(履盖了原INS文件)

  43. SHELXL aaa

  44. 打开LST文件,记录下H键情况。并将H键情况拷贝到RES文件中的原子序号之前、BOND之后,并将它们编成HTAB O2 N2_$1形式($1为对称性代码,用EQIV在HTAB之前定义),存编辑后的RES文件为INS文件(履盖了原INS文件)

  45. SHELXL aaa

  46. 用EDIT打开LST文件,核查用HTAB a b产生的H键是否全了和准确(和机器HTAB产生的H键对比)(用HTAB a b产生的H键和用机器HTAB产生的H键的差别在于前者可直接写入CIF文件中并在以后的处理中自动产生H键表,而后者不能;同时,有时机器HTAB产生的H键不合理,如一个给体同时与三个或以上受体产生H键,这必须依据H键的键长和键角用人工HTAB a b方式挑出正确的)

  47. 记录下H键情况,以备画图之用
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  • fjdlgldg (2010-9-02 15:50:16)

      五.产生晶体学表

      48. 用EDIT打开含H键命令的aaa.res,并完成:

      ⊕END后的WGHT行移到FVAR行之后;

      ⊕去掉LIST 行;

      ⊕在UNIT行之后加ACTA一行(以产生晶体学文件CIF和FCF)

      ⊕在ACTA行之后加TEMP(测量温度)(21°C, 为TEMP 21)、SIZE各一行

      ⊕可在CONF前加REM

      ⊕另存为同名的INS文件(履盖了原INS文件)

      49. SHELXL aaa (运行之后将产生CIF和FCF两个文件)

      50. 用EDIT打开CIF文件,输入晶系、空间群、颜色、形状、总衍射点数和Rint等参数

      51. CIFTAB aaa (键入命令之前,可先关闭打印机,以免产生错误动作)

      T

      …

      注意:实验室统一规定,晶体学数据文本文件统一存为aaa.TXT;衍射点文件统一为aaa.SFT

      52. 用EDIT打开aaa.res,在ACTA命令前加REM,以免产生误操作,增加CIF文件48步的编辑工作。至此,结构解析工作基本完毕(结构解析还包括最小二乘平面的计算MPLA、画图等工作)

      六.画结构图

      53. 进行15~19步骤。其中,17步为READ ZZZ.RES(RES可省。ZZZ.RES为H键产生前的文件)

      54. 画ORTEP图:JOIN 5 $H;LABL 1 550;TELP 0 -50

      55. 画堆积(PACKING)图:MATR n(n = 1,2或3);PBOX;PACK(其中有许多操作,最后记得选sgen/mol后退出); LABL 1 330; TELP CELL

      56. 画特殊图

      *********************************

      实验室对原子的颜色和线条(ATYP)统一规定为:

      ATYP n $atom: n=1 for C; 2 for O; 3 for N; 4 for V, Mo or W;

      n=5 for Cu, Ni, etc. 8 for Cl or X; 3 for tetrahedron 7 for octahedron.

      注意:画图的指令很多,可通过HELP获得帮助。每一图都应输入一文件名,文件名应一目了然。如:BALL为球棒图;ELL50(.PLT)为ORTEP 图;PKA为沿a轴的投影图;PKB为沿b轴的投影图;PKC为沿c轴的投影图;HA为沿a轴的H氢键图;1D为一维链图等。如果是随意的,应在记录本上记下对应文件名的意义。

      说明:在写论文时,作为初稿,可用XP的VIEW/W 命令在屏幕上显示图后,用拷屏方法先嵌于文中。作为正式稿,则采用其它方式插入图。常用方法有三:一是将图打印出来,指令为XP下的DRAW ELL50 (ELL50为PLT文件),后扫描成TIFF文件;二是XP下的DRAW ELL50.PLT文件为HPL文件,后在WINGX下转化为PS文件,再用PHOTOSHOP转化为TIFF文件;三是直接在DIAMOND下直接作图,并将图拷贝到PHOTOSHOP转化为TIFF文件。三种方法各有优缺点,第一种方法的PLT图文件很小,是TIFF文件的1/10~1/100,且图像清晰,但要外部扫描。第二种方法将可在计算机内直接操作,不需要纸,但产生了两个较大的图文件HPL和TIFF,且转成黑白图时原彩色图不清晰。第三种方法的最大优点是图像艳丽(也可设置成黑白图),适于画多面体图和制作幻灯片,但其指令较多,且文件非常庞大,在计算机存储空间足够大时是很好的一种方法。(一般稿件要求提供TIFF图或EP图,晶体学期刊要求提供HPL图)

      七.晶体学表WORD表格化

      57. 从WORD打开aaa.txt文件,用表格相关命令将之转化为WORD表格,并另存为aaa.doc文件

      aaa.ins文件的格式(常用)

      TITL --title up to 76 characters

      CELL--wavelength in Å and unit cell in Å & degree

      ZERR--Z(number of molecule = unite-content/molecule-formula), cell esd's

      LATT--lattice type

      SYMM--symmetry operators

      SFAC--to define scattering factor numbers

      UNIT--unit cell contents in the same order

      SIZE--crystal dimensions, e.g. SIZE 0.61 0.039 0.023

      TEMP--temperature, e.g. temp 22

      L.S. n --n cycles full-matrix least-squares

      ACTA--CIF-output, bonds, Fourier peak search

      OMIT h k l --to suppress bad reflections

      BOND $H(/0.5)--including H(/ or non-H) in bong lengths/angles tables

      CONF--all torsion angles except involving H

      EQIV $1 -x+1, -y+1, -z-- symmetry operation

      HTAB--H-bonds will be listed in the LST file

      HTAB a d--(a is the acceptor, d is the donor. This command can code H-bonds into the CIF file.)

      HFIX m7 or m3--(7 for rotating model, 3 for riding model, and m see 'help HADD')

      BIND a b--to join atoms a and b

      RTAB H..D--to list the distance of H and D (e. g., RTAB H..D H1 O2_$1)

      RTAB AHD--to list the angle of H bonding (e. g., RTAB AHD N1 H1 O2_$1)

      MPLA n atom1 atom2 …-- to list the derivation of plan(<0.03Å basic plane, <0.07 near plane, >0.07Å out of plane)

      FMAP n--Fo-Fc Fourier (when n<0, hole peaks will also be found)

      PLAN n--no. of peak list

      EXTI-- to refine an isotropic extinction parameter

      SWAT-- to calculate the solvent effect

      ANIS n -- to convert n atoms from isotropically to anisotropically

      WGHT--weighting shceme

      FVAR--over scale and free for U(H). When partial occupancy, it will be more than 2 values.

      Atom name , SFAC number x y z, U(iso) or Uij. The progam automatically generates special position constraints.

      AFIX mn--(see HFIX)

      AFIX 0

      HKLF 4-- to read h,k,l Fo^2,sigma(Fo^2) from .hkl data file

      END
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