Einkristalldiffraktometer

Diffraktion kommt aus dem Lat. und heißt Beugung. Demzufolge handelt es sich bei einem Röntgendiffraktometer um ein Gerät, welches Beugungsphänomene von Röntgenstrahlung misst.

Dieses Gerät wird in der Kristallographie zur Aufklärung von Strukturen eingesetzt. Dabei macht man sich zunutze, dass die Wellenlänge der Röntgenstrahlung im Bereich der Länge einer chemischen Bindung liegt (100-300 pm).

Gemäß Bragg'scher Gleichung wird ein Röntgenstrahl, der auf einen Kristall trifft, so gebeugt, dass Reflexe an diskreten Orten im Raum auftreten.

Das Diffraktometer detektiert nun Ort und Intensität der auftretenden Reflexe. Um dies zu realisieren kommen heute im wesenlichen drei verschiedene Sorten von Diffraktometern zum Einsatz, die sich in Aufbau und Art der Messung unterscheiden:

• das Vierkreisdiffraktometer,
• das Imaging-Plate-Diffraktometer und
• das CCD-Diffraktometer.

Gemeinsam haben alle drei folgenden Aufbau: Eine Röntgenröhre mit Molybdän- oder Kupferanode erzeugt Röntgenstahlung, welche durch einen Monochromator und einen Kollimator geschickt wird, so dass ein Primärstrahl mit charakteristischer Kα-Wellenlänge (Mo 0,71 (A°); Cu 1,54 (A°)) entsteht. In diesem Primärstrahl wird ein Einkristall gebracht. Dieser wird an einem amorphen Glasfaden angebracht, welcher auf einem sog. Goniometer, welcher die Feinjustage des Kristalls im Primärstrahl ermöglicht, sitzt. Meist wird der Kristall zusätzlich von einem Stickstoffstrom gekühlt.

Da die Reflexe abhängig von der Anordnung der Netzebenen des Kristalls zum Primärstrahl sind und in allen Richtungen des Raumes auftreten, ist es notwendig den Kristall zu drehen. Beim Vierkreisdiffraktrometer geschieht dies in 4 Kreisen und zwar dreht der ω-Kreis in der horizontalen Ebene, der χ-Kreis in der darauf stehenden vertikalen Ebene. Im χ-Kreis sitzt das Goniometer, welches sich weiterhin um seine Achse drehen kann, den φ-Kreis. In der Ebene des ω-Kreises dreht sich nun der vierte Κreis, der θ-Kreis an welchem der Detektor, ein Szintillationszähler, befestigt ist. Es ist somit möglich den Detektor in jede Stellung des Raumes zu bringen, um so die Position und Intensität jedes einzelnen Reflexes zu messen. Vorlage:Da müsste jetzt ein Bild von einem 4kreis hin, sonst kapiert das keiner - ich weiß aber nicht wie das mit dem Copyright läuft - wenn jmd so freundlich wäre Da aber ein Kristall meist eine fünfstellige Zahl von Reflexen erzeugt, ist dieses Verfahren relativ zeitaufwendig.

Die beiden anderen Messmethoden ermöglichen das zeitgleiche Aufnehmen mehrerer Reflexe. Sie besitzen einen Flächendetektor, auf welchen der primäre Röntgenstrahl senkrecht auftrifft. Der Kristall muss nun, um alle Reflexe messen zu können, nur noch im φ- und ω-Kreis gedreht werden.

Der CCD-Detektor arbeitet wie eine Digitalkamera, bloß wird hier mittels einer Fluorenszenzschicht Röntgenstahlung in Licht umgewandelt, welches das CCD detektieren kann.

Das Imaging-Plate ist eine runde Bildplatte, welche mit Eu2+ dotiertem BaBrF beschichtet ist. Trifft ein Röntgenquant auf die Platte, findet an dieser Stelle photoinduzierte Oxidation zu Eu3+ statt. Es entsteht ein Farbzentrum mit einer Halbwertszeit von etwa 10 Stunden. Nach der Belichtung wird die Platte von einem Laser ausgelesen und anschließend mit hellem Halogenlicht gelöscht.

Bei den Flächendetektoren werden stets mehrere Frames aufgenommen, d.h. bei fixer Kristallposition wird belichtet und die Reflexe werden ausgelesen. Anschließend wird der Kristall um ca. 1° gedreht und von neuem belichtet...

Der CCD kann sehr schnell messen, jedoch ist die Fläche des Detektors begrenzt, daher können nicht alle Reflexe gemessen werden. Das Imaging-Plate braucht je nach Belichtungszeit bis zu einer Stunde pro Frame, aber es sind Plattendurchmesser von bis zu 35 cm möglich.

Im Anschluss an die Messung folgt die Datenverabeitung: Integration, Lösung und Verfeinerung der Struktur: