
【醫】 electron crystallography
electron
【化】 electron
【醫】 e.; electron
【醫】 crystallography
電子晶體照相術(Electron Crystallography)是一種利用電子束與晶體樣品相互作用産生的衍射圖案,來解析物質原子級結構的技術。其核心原理是通過高能電子穿透超薄晶體樣品,形成衍射斑點或高分辨像,再結合數學重構技術(如傅裡葉變換)解析晶體中原子排列的三維信息。
電子束與樣品相互作用
高能電子(通常為100-300 keV)穿透晶體時,受原子庫侖場作用發生彈性散射,形成衍射波。衍射角滿足布拉格定律:
$$
nlambda = 2dsintheta
$$
其中 (lambda) 為電子波長,(d) 為晶面間距,(theta) 為入射角。
數據采集與重構
通過透射電子顯微鏡(TEM)記錄衍射圖案或高分辨像,利用直接法或相位重構算法(如電荷翻轉法)計算電子密度分布圖,最終确定原子坐标。
納米尺度解析能力
電子波長(0.02 Å at 300 keV)遠短于X射線,可解析亞埃級結構,尤其適用于微晶、納米顆粒及二維材料(如石墨烯、MOFs)。
生物大分子結構解析
冷凍電鏡(Cryo-EM)技術通過冷凍固定生物樣品,結合電子晶體學解析膜蛋白、病毒衣殼等難以結晶的生物大分子結構。
通過旋轉樣品采集立體衍射數據,實現微米級單晶結構解析(如沸石分子篩活性位點研究)。
球差校正電鏡将分辨率提升至0.5 Å以下,可直接觀測輕原子(如锂離子電池中的Li原子)。
權威參考文獻來源:
電子晶體照相術是一種結合電子顯微技術與晶體學分析的成像方法,主要用于解析晶體材料的原子級結構。其核心原理是通過電子束與晶體樣品的相互作用(如衍射、散射),記錄産生的圖案或圖像,進而推斷晶體的晶格排列、缺陷及化學成分等信息。
電子束照射
高能電子束穿透超薄晶體樣品,與原子發生彈性或非彈性散射,形成衍射波。
衍射圖案記錄
通過探測器(如CCD相機)捕獲電子衍射圖樣或高分辨率相位襯度像。例如,透射電子顯微鏡(TEM)可獲取納米級區域的衍射數據。
結構解析
利用數學算法(如傅裡葉變換)将衍射信號轉換為實空間圖像,重建晶體原子排列。此過程需結合晶體對稱性、布拉格方程等理論。
應用領域
適用于難以通過X射線衍射分析的微小晶體(如納米材料、蛋白質晶體),在材料科學、化學及生物學中用于研究催化劑、半導體缺陷等。
$$ nlambda = 2dsintheta $$ 其中,( lambda )為電子波長,( d )為晶面間距,( theta )為入射角,( n )為衍射級數。
若需進一步了解具體儀器操作或案例,建議參考電子顯微學或晶體學專業文獻。
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