Дифракционные методы

В дифракционных методах используются волновые свойства вещественных частиц (электронов, нейтронов и др.). Волновая природа рентгеновских лучей была открыта в 1912 году немецким физиком Лауэ. Он же заложил основы рентгеновской кристаллографии. Несколько позже, в 1924 г. французским физиком Луи де Бройлем была выдвинута гипотеза о волновых свойствах всех вещественных частиц. Экспериментально она была подтверждена в 1927 году наблюдениями по дифракции электронов, а затем и дифракции нейтронов.

В дифракционных методах измеряют зависимость интенсивности рассеянного излучения от угла рассеяния. При этом анализируются лучи, длина волны которых после рассеяния не изменяется, т.е. имеет место так называемое упругое рассеяние.

Поскольку длины связей между атомами в молекулах находятся в интервале 0,1 - 0,25 нм. (1 – 2.5 Å), а рентгеновские лучи, получаемые в рентгеновских трубках, имеют длины волн порядка 0,07 - 0,2 нм., то их можно использовать и используют в дифрактометрических методах с разрешающей способностью на уровне длин химических связей. Длины волн электронных пучков составляют величины порядка 0,005 нм. В нейтронографии потоки нейтронов характеризуются длинами волн около 0,15 нм. Существенным ограничением использования нейтронов является то, что их источник связан с ядерным реактором. Хотя эти три типа падающего излучения удовлетворяют основному соотношению дифракции, они используются несколько по-разному. Последнее, объясняется различным характером взаимодействий рентгеновских лучей, электронов и нейтронов с веществом. Наиболее сильно рассеиваются электроны. Слабее всего - нейтроны. Поэтому рентгенография и нейтронография используются для исследований кристаллов или аморфной конденсированной фазы в макроскопических размерах. Электронография применяется для изучения тонких пленок, поверхностей и газов.

Из дифракционных, наиболее широкое применение в биохимии нашел метод рентгеноструктурного анализа (РСА), который позволяет определять координаты атомов в трехмерном пространстве кристаллической решетки веществ от простейших соединений типа NaCl до таких сложных биополимеров, как белки, нуклеиновые кислоты, органеллы, вирусы. Применение РСА для установления пространственной структуры белков, например, включает 5 этапов.

1. Получение высокоочищенного белка

2. Получение кристаллов белка

3. Получение дифрактограммы (рентгенограммы) (см рис. 3)