Kichik burchakli neytronlarning tarqalishi - Small-angle neutron scattering

Kichik burchakli neytronlarning tarqalishi (SANS) an tajriba texnikasi ishlatadigan neytronlarning elastik tarqalishi a da har xil moddalarning tuzilishini o'rganish uchun kichik tarqalish burchaklarida mezoskopik shkala taxminan 1-100 nm.

Kichik burchakli neytronlarning tarqalishi ko'p jihatdan juda o'xshash kichik burchakli rentgen nurlari (SAXS); ikkala texnika birgalikda deb nomlanadi kichik burchakli tarqalish (SAS). SANS-ning SAXS-dan afzalliklari uning engil elementlarga sezgirligi, izotoplarni markalash imkoniyati va magnit momentlar bilan kuchli tarqalishi.

Texnik

SANS tajribasi davomida neytronlar nurlari namuna tomon yo'naltirilgan, ular an bo'lishi mumkin suvli eritma, qattiq, a chang yoki a kristall. Neytronlar yadrolar bilan o'zaro ta'sirida yoki juft bo'lmagan elektronlarning magnit impulsi bilan o'zaro ta'sirida elastik ravishda tarqaladi. Rentgen nurlanishida fotonlar elektron bulut bilan o'zaro ta'sir qiladi, shuning uchun element qanchalik katta bo'lsa, effekt shunchalik katta bo'ladi. Neytronlarning tarqalishida neytronlar yadrolar bilan o'zaro ta'sir qiladi va o'zaro ta'sir izotopga bog'liq; deyteriy kabi ba'zi engil elementlar shu kabi tarqalish kesimini Pb kabi og'ir elementlarni ko'rsatadi.

Nolinchi tartibda difraksiyaning dinamik nazariyasi The sinish ko'rsatkichi bilan bevosita bog'liqdir tarqalish uzunligi zichligi va neytron to'lqinining berilgan yadro bilan o'zaro ta'sirining kuchini o'lchaydigan o'lchovdir. Quyidagi jadvalda neytronlarning tarqalish uzunligi bir nechta kimyoviy elementlar uchun (10 da⁻¹² sm).^[1]

H	D.	C	N	O	P	S
−0.3742	0.6671	0.6651	0.940	0.5804	0.517	0.2847

Tarqatish uzunliklarining nisbiy shkalasi bir xil ekanligini unutmang. Yana bir muhim jihat shundaki, vodorodning tarqalishi uningnikidan farq qiladi deyteriy. Shuningdek, vodorod manfiy tarqalishiga ega bo'lgan oz sonli elementlardan biri bo'lib, demak, vodoroddan chetlangan neytronlar boshqa elementlar tomonidan buzilganlarga nisbatan fazadan 180 ° ga chiqib ketgan. Ushbu xususiyatlar kontrastni o'zgartirish texnikasi uchun muhimdir (pastga qarang).

Tegishli texnikalar

SANS odatda neytronning tarqalish burchagini aniqlash uchun neytron nurlarining kollimatsiyasidan foydalanadi, natijada namuna xossalari haqidagi ma'lumotni nisbatan uzoq uzunlikdagi tarozida ~ 1 mkm dan ortiq bo'lgan ma'lumotlar uchun signal-shovqin nisbati har doim past bo'ladi. An'anaviy echim - bu Ultra Small Angle Neytron Scattering (USANS) da bo'lgani kabi, manbaning yorqinligini oshirishdir. Shu bilan bir qatorda Spin-echo yordamida kichik burchakli neytron tarqalishi (SESANS) ishlatilgan neytron spin echo tarqalish burchagini kuzatib borish va neytronlarning tarqalishi bilan o'rganilishi mumkin bo'lgan uzunlik o'lchovlari doirasini 10 mkm dan kattaroq kengaytirish.

Yaylov-insidensiya kichik burchakli sochilish (GISANS) SANS va ning g'oyalarini birlashtiradi neytron reflektometriya.

Biologiyada

Shakl 1: D2O konsentratsiyasi funktsiyasi sifatida turli xil biologik makromolekulalarning tarqalishi o'rtasidagi bog'liqlik.

Uni SANSning biologik fanlar uchun foydaliligini hal qiluvchi xususiyati vodorodning, ayniqsa deuterium bilan taqqoslaganda, o'zini tutishi. Biologik tizimlarda vodorod deyteriy bilan almashinishi mumkin, bu odatda namunaga minimal ta'sir qiladi, ammo tarqalishiga keskin ta'sir ko'rsatadi.

Ning texnikasi kontrastning o'zgarishi (yoki qarama-qarshi moslik) vodorod va deyteriyning differentsial tarqalishiga tayanadi. 1-rasmda sochilish uzunligi zichligi ko'rsatilgan suv va deyteriy kontsentratsiyasi funktsiyasi sifatida har xil biologik makromolekulalar. (Uyg'unlashtirildi.^[1]) Biologik namunalar odatda suvda eriydi, shuning uchun ularning gidrogenlari qodir almashish deyteriylar bilan hal qiluvchi. Molekulaning umumiy tarqalishi uning barcha tarkibiy qismlarining tarqalishiga bog'liq bo'lgani uchun, bu molekuladagi vodorod va deyteriyning nisbatiga bog'liq bo'ladi. H ning ma'lum nisbatlarida₂O dan Dgacha₂Uchrashuv nuqtalari deb ataladigan O, molekuladagi tarqalish erituvchiga teng bo'ladi va shu sababli buferdan tarqalgan narsa chiqarib tashlanganda yo'q qilinadi. Masalan, oqsillarning mos kelish nuqtasi odatda 40-45% D atrofida bo'ladi₂O, va bu kontsentratsiyadagi oqsilning tarqalishi bufernikidan farq qilmaydi.

Kontrastli o'zgarishni ishlatish uchun tizimning turli tarkibiy qismlari har xil tarqalishi kerak. Bu o'ziga xos tarqalish farqlariga asoslanishi mumkin, masalan. DNK oqsilga qarshi yoki differentsial etiketlangan tarkibiy qismlardan kelib chiqadi, masalan. kompleksdagi bir oqsilga ega deuteratsiya qilingan, qolganlari esa protonlangan. Modellashtirish nuqtai nazaridan kichik burchakli rentgen va neytronlarning tarqalish ma'lumotlarini MONSA dasturi bilan birlashtirish mumkin. Yaqinda SAXS, SANS va EM ma'lumotlari yordamida ko'p qismli katta fermentning atom modelini yaratish uchun foydalanilgan misol nashr etildi.^[2] Ushbu usulning ba'zi bir misollari uchun qarang.^[3]

Asboblar

Dunyo bo'ylab neytronli inshootlarda ko'plab SANS asboblari mavjud tadqiqot reaktorlari yoki spallatsiya manbalari.

Shuningdek qarang

Neytron mikroskopi

Adabiyotlar

^ ^a ^b Jakrot, B (1976). "Eritmadan neytron tarqalishi bilan biologik tuzilmalarni o'rganish". Fizikada taraqqiyot haqida hisobotlar. 39 (10): 911–53. Bibcode:1976RPPh ... 39..911J. doi:10.1088/0034-4885/39/10/001.
^ Kennavay, Kris; Teylor, Jeyms; va boshq. (2012 yil 1-yanvar). "DNK-translokatsiya qiluvchi I turdagi DNKni cheklovchi fermentlarning tuzilishi va ishlashi". Genlar va rivojlanish. 26 (4): 92–104. doi:10.1101 / gad.179085.111. PMC 3258970. PMID 22215814.
^ Perkins, SJ (1988 yil 1-yanvar). "Yuqori oqimli rentgen va neytron eritmasining tarqalishi bilan oqsillarni tarkibiy o'rganish". Biokimyoviy jurnal. 254 (2): 313–27. PMC 1135080. PMID 3052433.

Darsliklar

Feygin, Lev A.: Kichik burchakli rentgen va neytron tarqalishi bilan strukturani tahlil qilish. Nyu-York: Plenum (1987).
Xiggins, Yuliya S.; Benoit, Anri: Polimerlar va neytronlarning tarqalishi. Oksford: Clarendon Press (1994?).

Tashqi havolalar

Small-Angle Scattering portali, bog'langan to'plam, batafsil dasturiy ta'minot ro'yxati bilan
Dunyo SANS asboblari katalogi
B. Xammuda: Nan o'lchovli tuzilmalarni tekshirish - SANS asboblar qutisi (690 bet)
IShID neytronida va Muon manbasida kichik burchaklarni tarqalishi

[Jacrot-1] Jakrot, B (1976). "Eritmadan neytron tarqalishi bilan biologik tuzilmalarni o'rganish". Fizikada taraqqiyot haqida hisobotlar. 39 (10): 911–53. Bibcode:1976RPPh ... 39..911J. doi:10.1088/0034-4885/39/10/001.

[2] Kennavay, Kris; Teylor, Jeyms; va boshq. (2012 yil 1-yanvar). "DNK-translokatsiya qiluvchi I turdagi DNKni cheklovchi fermentlarning tuzilishi va ishlashi". Genlar va rivojlanish. 26 (4): 92–104. doi:10.1101 / gad.179085.111. PMC 3258970. PMID 22215814.

[3] Perkins, SJ (1988 yil 1-yanvar). "Yuqori oqimli rentgen va neytron eritmasining tarqalishi bilan oqsillarni tarkibiy o'rganish". Biokimyoviy jurnal. 254 (2): 313–27. PMC 1135080. PMID 3052433.

[1]

[2]

[3]