Röntgenkristallografie is een niet-destructieve techniek die wordt gebruikt om de kristalstructuur van een kristal te bepalen. Het omvat het gebruik van röntgenstralen en diffractietechnieken om de ruimtelijke rangschikking van atomen, ionen of moleculen in een kristal te bepalen.

Röntgenstralen zijn een soort elektromagnetische straling, net als zichtbaar licht, maar ze hebben een kortere golflengte en hogere energie dan zichtbaar licht. Hierdoor kunnen röntgenstralen door de meeste materialen heen gaan, maar nog steeds interageren met de atoomkernen in het materiaal.

Hier volgt een stapsgewijze uitleg van hoe röntgenkristallografie werkt:

1. Kristalvoorbereiding: Er moeten kristallen worden gebruikt die voldoende grootte en regelmaat hebben voor röntgendiffractie.

2. Röntgengeneratie: Een sterk gefocuste bundel monochromatische röntgenstralen (enkele golflengte) wordt geproduceerd met behulp van een röntgenbron zoals een roterende anode of synchrotron.

3. Kristalmontage: Het kristal wordt zorgvuldig uitgelijnd in het pad van de röntgenbundel.

4. Diffractie :Röntgenstralen interageren met de elektronenwolken van de atomen in het kristal, waardoor de stralen zich verspreiden en een diffractiepatroon produceren. Het diffractiepatroon bestaat uit een reeks discrete vlekken of reflecties op een detector, zoals een fotografische film of elektronische sensor.

5. Gegevensverzameling: De diffractiepatronen verzameld vanuit verschillende oriëntaties of hoeken van het kristal worden vastgelegd met behulp van een detector. Dit resulteert in een reeks experimentele gegevens die de intensiteit en positie van de afgebogen röntgenbundels weergeven.

6. Gegevensverwerking: De verzamelde gegevens worden vervolgens onderworpen aan verschillende computerprocessen om de structurele informatie te extraheren. Dit omvat stappen zoals het bepalen van de kristalsymmetrie, het berekenen van de structuurfactor (een wiskundige uitdrukking gerelateerd aan de elektronendichtheid) en het corrigeren van verschillende experimentele fouten.

7. Structurele modelbouw: Met behulp van de verwerkte gegevens bouwen wetenschappers een driedimensionaal model van de kristalstructuur. Dit gebeurt doorgaans met behulp van computersoftware en vereist een iteratief verfijningsproces om ervoor te zorgen dat het model nauwkeurig overeenkomt met de experimentele gegevens.

8. Analyse: Met het resulterende kristalstructuurmodel kunnen wetenschappers de rangschikking van atomen in het kristal visualiseren en analyseren en hun posities, symmetrieën en bindingspatronen bepalen. Deze informatie biedt waardevolle inzichten in de moleculaire structuur, chemische samenstelling en fysische eigenschappen van het materiaal.

Röntgenkristallografie wordt veel gebruikt op verschillende gebieden, waaronder chemie, materiaalkunde, mineralogie, biologie en farmacologie, om de details op atomair niveau van kristallijne materialen en macromoleculen zoals eiwitten, mineralen en farmaceutische producten te begrijpen. Door de vooruitgang op het gebied van rekenkracht en experimentele technieken is röntgenkristallografie een krachtig hulpmiddel geworden voor het onderzoeken en begrijpen van de structuren en eigenschappen van een breed scala aan materialen.