DE1913996A1

DE1913996A1 - Two-wave diffractometer

Info

Publication number: DE1913996A1
Application number: DE19691913996
Authority: DE
Inventors: Hoppe Dr Walter
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1968-03-22
Filing date: 1969-03-19
Publication date: 1969-10-16

Description

Zweiwellendiffraktometer Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für rönteendiffraktometrische Untersuchungen an einem Einkristall, der anomal streuende Atome aufweist. Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß in einem Einkristalldiffraktometer zwei Röntgen strahlen verschiedener Wellenlangen von verschiedenen Röntgenstrahlenquellen erzeugbar sind und daß jeweils nur einer der beiden Röntgenstrahlen, in zeitlicher Reihenfolge mit dem anderen, den Einkristall bestrahlen. Two-wave diffractometer The invention relates to a device for X-ray diffractometric investigations on a single crystal, the abnormally scattering Has atoms. A special feature of the invention can be seen in the fact that in one Single crystal diffractometer with two different X-rays Wavelengths from different X-ray sources can be generated and that in each case only one of the two X-rays, in chronological order with the other, irradiate the single crystal.

Eine derartige Vorrichtung, im folgenden kurz Zweiwellendiffraktometer genannt, ist aufbaumäßig ein Eink9talldiffraktometer, z. B. automatisch, (mit KristallfuPS-ungsvorrichtungen und Detektor), in welchem Messungen an einem Einkristall mit den beiden verschiedenen Röntgenwellenlängen durchgeführt werden können. Solche Messungen mit zwei verschiedenen Röntgenwellenlängen sind dann von -Bedeutung, wenn man anomale Streuung als Basis für eine Phasenbestimmung benutzen willi Die Wellenlängen werden hierbei so gewählt, daß mit der einen Wellenlänge eine oder mehrere anomal streuende Atome in der Elementarzelle zur Streuung angeregt werden, während die andere ellenlänge diese anonale Streuung nicht anregt. Derartige Wellenlängenpaare lassen sich am besten mit zwei Röntgenstrahlenquellen realisieren, deren PYiodenmaterialien entsprechend gewählt werden.Such a device, hereinafter referred to as two-wave diffractometer for short called, is structurally a single-wall diffractometer, e.g. B. automatically, (with crystal fusing devices and detector), in which measurements on a single crystal with the two different X-ray wavelengths can be performed. Such measurements with two different X-ray wavelengths are important if you use anomalous scattering as a basis willi use for a phase determination The wavelengths are chosen so that that with one wavelength one or more anomalous scattering atoms in the unit cell are excited to scatter, while the other wavelength is this anonal scattering does not stimulate. Such pairs of wavelengths can best be achieved with two x-ray sources realize whose PYiode materials are selected accordingly.

Sollte der bestrahle Einkristall nicht strahlenempfindlich sein, d. h. wird seine Struktur während der Messung von der einfallenden Strahlung nicht verändert, genügt es, derartige @essungen hintereinander auszuführen. Denn genügen Diffraktoneter bekannten Aufbaues, wobei allerdings nach der Messung mit der einen Wellenlänge die eine Röntgenstrahlen erzeugende Rohre gegen eine zweite ausgewechselt werden muß.Should the irradiated single crystal not be sensitive to radiation, i. H. becomes its structure during the measurement from the incident If the radiation does not change, it is sufficient to carry out such measurements one after the other. Because diffractoneters of known structure are sufficient, although after the measurement with one wavelength the one X-ray generating tube against a second must be replaced.

Viele Kristalle sind aber strahlenempfindlich, so daß auf Grund der geringen Intensitätsdifferenzen zwischen der anomal gestreuten Strahlung und der normal gestreuten Strahlung die messung an einem Reflex mit den beiden Strahlurgen ur.mittelbar hintereinander durchgeführt werden wollte. Dazu können erfindungsgemäß Geräte dienen, bei denen zwei Röntgenröhren vorgesehen sind, die hintereinander von einem Wechselsupport oder dergleichen in den otrahlengang einrticlsbar sind. Eine andere Vorrichtung kann vorsehen, daß zwei Röntgenrohren, deren Röntgenstrahlen einen festen Winkel Cc miteinander einschließen in Äquator des Zinkristalldif£raktometers nebeneinander angeordnet sind.Many crystals are sensitive to radiation, so that due to the small differences in intensity between the abnormally scattered radiation and the Normally scattered radiation the measurement on a reflex with the two radii wanted to be carried out directly one after the other. To this end, according to the invention Devices are used in which two X-ray tubes are provided, one behind the other can be installed in the otrahlengang by a change support or the like. Another device can provide that two X-ray tubes, their X-rays enclose a fixed angle Cc with each other in the equator of the zinc crystal diffractometer are arranged side by side.

Weiterhin ist es möglich, für die Erzeugung der beiden Röntgenstrahlen eine Doppelröhre zu benutzen, deren A*ufbau derart gestaltet ist, daß zwei Kathoden und zwei Anoden vorgesehen sind. Wesentlich dabei ist allerdings, daß die Anoden aus verschiedenen Itaterialien bestehen. Weiterhin ist es notwendig, daß ein Blerdensysten vorgesehen ist, welches bei Messungen mit einem der Röntgenstrahlen den anderen Röntgenstrahl jeweils ausblendet.It is also possible to generate the two X-rays to use a double tube, the structure of which is designed in such a way that two cathodes and two anodes are provided. However, it is essential that the anodes consist of different materials. It is also necessary that a Blerdensysten is provided, which when taking measurements with one of the X-rays hides the other X-ray beam.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Figuren 1 bis 4 im folgenden näher erläutert.The invention is based on exemplary embodiments with the aid of Figures 1 to 4 explained in more detail below.

Figur 1 zeigt ein Gerät, welches ein grundsätzliches Prinzip darstellt. Mit R 1 ist eine Röntgenröhre mit Blendensystem BS2 definiert, welche einen Röntgenstrahl r auf den Kristall K sendet. Das Einkristalldiffraktometer E ist scheinatisch dargestellt. (Eulerwiege U, Detektor D).Figure 1 shows a device which represents a basic principle. With R 1 an X-ray tube with a diaphragm system BS2 is defined, which an X-ray beam r to the crystal K sends. The single crystal diffractometer E is shown schematically. (Euler cradle U, detector D).

vine zweite Röntgenröhre R2 (nit Blendensystem BS3) befindet sich mit der Röntgenröhre R 1 auf einem Wechselsupport S , der das einrücken beider Röhren R 1 bzw. R 2 in den Strahlengang r ermöglicht. Die beiden Röhren R 1 und R 2 können dabei untereinander angeordnet oder nebeneinander angeordnet sein. Weitere t.Iöglichkeiten für die tæchanik des Röntgenröhrenwechslers sehen z. B. einen Röhrenrevolver vor, der als Wechselparallelschlitten ausgebildet ist oder über Hebelgestänge realisiert wird.There is a second X-ray tube R2 (with aperture system BS3) with the X-ray tube R 1 on an interchangeable support S, which enables both tubes to be engaged R 1 or R 2 in the beam path r allows. The two tubes R 1 and R 2 can be arranged one below the other or next to one another. Further possibilities for the tæchanik of the X-ray tube changer see z. B. a tubular turret, which is designed as an interchangeable parallel slide or implemented via lever linkage will.

Durch eine entsprechende Automatik muß dafür gesorgt werden, daß die Umstellung der beiden Röhren R 1 und R 2 genügend genau und - bei automatischen Diffraktometern E -durch Kommando von einem Lochstreifen oder einer Rechenmaschine erfolgen kann.An appropriate automatic system must ensure that the Adjustment of the two tubes R 1 and R 2 sufficiently accurate and - with automatic Diffractometers E - by command from a punched tape or a calculating machine can be done.

Eine besonders einfache Ausführungsform der Erfindung zeigt Figur 2. In dieser Ausführungsform sind die beiden Röhren R 1 und R 2 im Äquator des Einkristalldiffraktometers E nebeneinander angeordnet. Sie sind fest und unverrtickbar mit Halterungen H1 bzw. H2 am Diffraktometer E befestigt. Sie senden zwei Röntgenstrahlen r 1 und r 2 aus, welche sich im Kristalle K schneiden. Durch automatische Blenden B1 und B2 (vorzugsweise für jeden Primärstrahl zwischen einer der Röntgenröhren R 1 und R 2 und dem Kristall K Bewegungsrichtung durch Doppelpfeile angedeutet) kann je nach Wunsch entweder die Röntgenstrahlung der Röntgenröhre R 1 oder R 2 auf den Kristall K einwirken. Die weitere Ausfuhrung des Einkristalldiffraktometers E ist konventionell. In dieser Anordnung ändert sich die Primärstrahlenrichtung um den Winkel CC bei Umschaltung von der einen auf die andere Ällenlänge. Das ist aber unwesentlich, da - insbesondere bei einem automaischen Einkristalldiffraktometer E - der Kristall K durch die Einstellvorrichtung (Kristallhalterung H, welche definiert bewegt werden kann) in jede beliebige Lage gebracht werden kann. Prinzipiell bedeutet die Änderung der Richtung des Primärstrahles zwischen der Röntgenröhre R 1 und R 2 und dem Kristall-K nur, daß zu den Beugungswinkeln der einen Strahlung der Winkel CC hinzuaddiert werden muß. Das läßt sich in einem Programm (z. B. Lochstreifenprogramm) für automatischc Diffraktometer E mit großer Genauigkeit berücksichtigen. Die Anordnung nach Figur 2 hat außerdem den Vorteil, daß keine großen Massen bewegt werden müssen. Die beiden Röntgenröhren R 1 und R 2 bleiben ständig an ihrem Platz stehen.A particularly simple embodiment of the invention is shown in FIG 2. In this embodiment, the two tubes R 1 and R 2 are in the equator of the single crystal diffractometer E arranged side by side. They are solid and cannot be fooled with brackets H1 or H2 attached to diffractometer E. They send out two x-rays r 1 and r 2, which intersect in crystals K. With automatic apertures B1 and B2 (preferably for each primary beam between one of the X-ray tubes R 1 and R 2 and the crystal K direction of movement indicated by double arrows) can be either the X-rays from the X-ray tube R 1 or R 2 act on the crystal K. The further execution of the single crystal diffractometer E is conventional. In this Arrangement, the primary beam direction changes by the angle CC when switching from one length to the other. But that is insignificant because - especially with an automatic single crystal diffractometer E - the crystal K through the adjustment device (Crystal holder H, which can be moved in a defined manner) in any position can be brought. In principle this means changing the direction of the primary beam between the X-ray tube R 1 and R 2 and the crystal K only that to the diffraction angles which adds the angle CC to one radiation must become. That can be used in a program (e.g. punched tape program) for automatic diffractometers Consider E with great accuracy. The arrangement of Figure 2 also has the advantage that no large masses have to be moved. The two x-ray tubes R 1 and R 2 always stay in place.

Sie können deshalb sehr genau einjustiert werden.They can therefore be adjusted very precisely.

Die Vorrichtung nach Figur 2 wird aus räumlichen Graden den Abtastbereich für die Beugungsinkel einsehränken.The device according to FIG. 2 becomes the scanning area from spatial degrees limit for the diffraction angle.

Sie ist in erster Linie für die Proteinkristallstrukturanalyse ge-dacht. Bei Proteinkristallen ist der Bcugungswinkel auf Grund der Eigenschaften der Kristalle K auf 300 beschränkt. Gerade bei Proteinkristallen ist aber die Strahlenempfindlichkeit sehr stark. Um die Einflüsse der Strahlenempfindlichkeit (und z.T. auch der immer vorhandenen restlichen Stabilitäten der Meßkette für die sehr genauen Messungen) herabzusetzen, kann sogar während einer einzigen messung einige Male zwischen den beiden Strahlen r 1 und r 2 umgeschaltet werden. Damit kann eine außerordentlich hohe Meßgenauigkeit erzielt werden. Da -wie erwähnt - die Intensitätsdifferenzen für einen Reflex nur in der Größenordnung von einigen Prozent liegen, ist diese hohe Neßgenaukgkeit bzw. Reproduzierbarkeit von grundsätzlicher Bedeutung.It is primarily intended for protein crystal structure analysis. In the case of protein crystals, the angle of diffraction is due to the properties of the crystals K limited to 300. However, it is precisely with protein crystals that they are sensitive to radiation very strong. About the influences of radiation sensitivity (and sometimes also always existing remaining stabilities of the electrode for the very precise measurements) can even decrease a few times between the two beams r 1 and r 2 are switched. This can make an extraordinary high measurement accuracy can be achieved. Since - as mentioned - the intensity differences are only on the order of a few percent for a reflex, this is high accuracy and reproducibility of fundamental importance.

Eine weitere, in Fig. 3 näher dargestellte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die beiden Röhren R 1 und R 2 entweder in einer einzigen Haube oder sogar in einer einzigen Röhre R - als Doppelröhre - zusammengezonen werden. Im letzteren Pall sind zwei Kathoden (Wendeln W1 und W2) und/oder zwei Anoden A1 und A2 vorzusehen. Aus Gründen der Konstanz der Strahlenintensität müssen beide Systeme, Anode - Kathode A1 und W1, gleichzeitig betrieben werden, was einen entsprechend leistungsfähigen Röntgengenerator erfordert. Die Anordnung der Systeme, Anode - Kathode A1 - W1 bzw. A2 - W2 kann so erfolgen, daß zwei parallele (oder nahezu parallele) Brennflecken F1 und F2 auf der Antikathode (die aus den beiden verschiedenen Äntikathodenmaterialien der Anode zusammengesetzt sein muß) erzeugt werden. Durchentsprechendes Ausbilden des Blendensystems BS und durch elektromagnetisch betätigte Schieber Sch1 und Sch2 muß dafür gesorgt werden, daß immer nur einer der beiden Brennflecke F1 bzw. F2 eines Systems zur Strahlung auf den Kristall K freigegeben wird, wobei die Projektion des Brennfleckes F1 bzw.Another embodiment of the invention shown in more detail in FIG. 3 provides that the two tubes R 1 and R 2 either in a single hood or can even be zoned together in a single tube R - as a double tube. In the latter Pall two cathodes (coils W1 and W2) and / or two anodes A1 and A2 are to be provided. For reasons of constancy of the radiation intensity, both systems, anode - cathode A1 and W1 can be operated at the same time, resulting in a correspondingly powerful X-ray generator required. The arrangement of the systems, anode - cathode A1 - W1 resp. A2 - W2 can be done in such a way that two parallel (or nearly parallel) focal spots F1 and F2 on the anticathode (made from the two different anticathode materials the anode must be composed). Through appropriate training of the diaphragm system BS and by electromagnetically operated slides Sch1 and Sch2 it must be ensured that only one of the two focal spots F1 or F2 a system for radiation on the crystal K is released, the projection of the focal spot F1 or

F2 und die Blenden BS ihren gemeinsamen Schnittpunkt im Kristall K haben. Dieser Kreuzungspunkt müßte dann auf ein automatisches Einkristalldiffraktometer E abgestimmt werden.F2 and the diaphragms BS their common point of intersection in the crystal K to have. This crossing point would then have to be on an automatic single crystal diffractometer E to be matched.

Auch in diesen Fall wäre es erforderlich, den Kristall K zwischen zwei Messungen umzustellen und die Primärstrahlen r 1 und r 2 durch Verschlüsse abwechselnd einzuschalten.In this case, too, it would be necessary to use the crystal K between to switch two measurements and the primary rays r 1 and r 2 through shutters to turn on alternately.

Man hätte aber den sehr großen Vorteil, daß ein übliches Einkristalldiffraktometer E benutzt werden könnte. Auch wäre der Umschaltbereich für den Kristall K sehr gering. Die Messungen könnten aufgrund dessen sehr kurzzeitig aufeinanderfolgen.But one would have the very great advantage that a conventional single crystal diffractometer E could be used. The switching range for the crystal K would also be very small. As a result, the measurements could follow one another very briefly.

Diese Verringerung der Einstellzeiten ist zusätzlich aus verschiedenen Gründen vorteilhaft. So hätte eine solche Doppelröhre R den Vorteil, daß der Bereich des Einkristalldiffraktczeters E nicht eingeschränkt wird. Man könnte den vollen # -Winkelbereich fahren. Daher wäre diese Methode ohne Schwierigkeiten bei niedermolekularen Substanzen anwendbar.This reduction in setting times is also due to various factors Reasons beneficial. Such a double tube R would have the advantage that the area of the single crystal diffractometer E is not restricted. You could get the full one # -Drive angular range. Hence, this method would be without difficulty with low molecular weight Substances applicable.

Eine besonders einfache Ausführungsform der Doppelröhre R (siehe Figur 4) kann darin gesehen werden, daß die beiden Wendel W1 bzw. T2 (Kathoden) und damit die beiden Brennflecke F1 und F2 in einer Linie hintereinander angeordnet sind.A particularly simple embodiment of the double tube R (see Figure 4) can be seen in the fact that the two filaments W1 and T2 (cathodes) and thus the two focal spots F1 and F2 are arranged one behind the other in a line.

Dies kann dadurch erfolgen, daß die beiden Wendel ll1 und W2 zu einer einzigen ltendel W zusammengefaßt werden und die Anode A in der Mitte M des nun doppelt so langen Brennfleckes F unterteilt wird. Würde man zusätzlich die Röhre R in der.This can be done in that the two filaments ll1 and W2 become one single ltendel W are combined and the anode A in the middle M of the now twice as long focal point F is divided. One would also use the tube R in the.

üblichen waagrechten Haubenhalterung benutzen, so würden die beiden (proJizierten) Brennflecke F unmittelbar nebeneinan der liegen. Bei dieser Weiterbildung der Erfindung kann dann sogar das übliche Blendemhaltensystem BS für Einkristalldiffraktometer E benutzt werden, wobei lediglich darauf geachtet werden muß, daß die röhrennahe Eintrittsblende BSI definiert verschoben wird.use the usual horizontal hood mount, so the two would (Projected) focal spots F are immediately adjacent to one another. With this training the invention can then even use the usual screen holder system BS for single crystal diffractometers E. can be used, whereby it must only be ensured that the entrance aperture close to the tube BSI will be postponed.

Weiterhin wäre es denkbar, die Wendel U zu unterbrechen. Damit hätte zan eine räumliche Trennung der beiden (projizierten) Brennflecke erzielt, was wiederum eine spektralreine Ausblendung erleiclbrt. In diesem Falle wäre eine Umstellung des Kristalls K nur um sehr geringe Winkel erforderlich.It would also be conceivable to interrupt the U coil. So would have zan achieved a spatial separation of the two (projected) focal spots, which in turn a spectrally pure masking out. In this case it would be a change of the crystal K is only required at a very small angle.

4 Patentanspruche 3 31. Zeichnungen4 claims 3 31. Drawings

Claims

P a t e n t a n's p r ü c h e oil device for X-ray diffraction Investigations on a single crystal, which has abnormally scattering atoms, thereby characterized in that in a single crystal diffractometer (E) two X-rays (r 1 and r 2) of different wavelengths from different X-ray sources (R 1 and R 2) can be generated and that only one of the two X-rays (r 1 or r 2), the single crystal (K) is irradiated one after the other in chronological order.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that two X-ray tubes (R 1 and R 2 are provided, one behind the other by a change support (S) in the beam path (r) are indentable.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that two X-ray tubes (R 1 and R 2) whose X-rays (r 1 and r 2) form a fixed angle (-C) with one another Include, iia the equator of the single crystal diffractoneter (E) arranged side by side and that when switching from one tube (R 1 or R 2) to another, this one Angle () is corrected.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that for the Generation of the two X-rays (r 1 and r 2) a double tube (R) is provided with two cathodes and two anodes.

5. Apparatus according to claim 1 and 4, characterized in that an aperture system (21 or B2) for measurements with one of the X-rays (r 1 or r 2) hide the other X-ray beam (r 2 or r 1).

6. Apparatus according to claim 4, characterized in that the anodes (A1 and A2) consist of different materials.

L e r s e i t e