この作品は、極端な結晶学プログラム（PX ^ 2）、光量子ソース（APS）、およびアルゴンヌ国立研究所のためのGeoSoilEnviroCARS（セクター13）、パートナーシップで実施しました。 GeoSoilEnviroCARSは、全米科学財団、地球科学（EAR-1128799）およびエネルギー地球科学の部門（DE-FG02-94ER14466）によってサポートされています。 PX ^ 2プログラムは、NSF協力協定のEAR 11から57758の下COMPRESでサポートされています。光量子ソースは、契約番号DE-C02-6CH11357の下、科学、エネルギー基本科学のオフィスのオフィス、米国エネルギー省によってサポートされていたの使用。 COMPRES-GSECARSガスローディングシステムの使用は、NSFの助成金EAR-1128799を通じてNSF協力協定のEAR 11から57758の下とGSECARSによってCOMPRESによってサポートされていましたし、DOEは、DE-FG02-94ER14466を付与します。我々はまた、親切RRUFFコレクションからのサンプルを提供するためのアリゾナ大学の教授RTダウンズに感謝したいと思います。

1.試料の調製注：空のDACを調製サンプルをロードし、メディアを送信する不活性ガスの圧力をロード：サンプル調製プロセスは、三つの主要なステップを含みます。 DACの調製および試料負荷はLavina らに詳細に記載されています。媒体積載を送信10、及び圧力は川らに記載されています。 14ここでは、簡単に典型的なサンプル調製プロセスを説明します。 <ol><li> 一致するバッキングプレートと円錐形のダイヤモンドのペアを選択します。 <ol><li>ダイヤモンドアンビル（culets）の平らな先端が互いに同一であることを確認してください。 注：キューレットの直径は、実験の目標最大圧力に依存します。 </li><li>バッキングプレートの円錐形のハウジングは円錐形のダイヤモンドの形状と一致していることを確認してください。ことを確認し、ダイヤモンドの高さ、ダイヤモンドの裏側の直径、openin回折9,15ための角度のアクセスを最大化するようにバッキングプレートとDACの開度gの角度は、互いに互換性があります。 </li></ol></li><li> 3-5分間アセトン超音波浴中のダイヤモンドとバッキングプレートを清掃してください。 「ソニック」モードへの超音波洗浄機を設定します。光学顕微鏡下でのダイヤモンドとバッキングプレートを調べ、すべての可視ほこりやゴミを取り除きます。 </li><li>バッキングプレートの円錐形のハウジング内のダイヤモンド、実装治具でアセンブリを配置します。 </li><li>それは、バッキングプレートと密接に接触するように、圧縮ネジでダイヤモンドの負荷の数キロを適用します。そして、ダイヤモンドの外周にエポキシの約0.1グラムを適用します。エポキシ樹脂を硬化させるために8時間70℃にアセンブリを加熱します。 </li><li> DAC、バッキングプレートとアセトンとダイヤモンドのculetsの裏面の内部を清掃して、DACでダイヤモンドをバッキングプレートを配置します。 </li><li> Adjus対向する二つのダイヤモンドが接触すると、アンビルculetsが同心円状になるように、所定の位置にバッキングプレートを保持する止めねじとダイヤモンドの位置トン。 </li><li>光学顕微鏡下で干渉縞を探して2 culets間の傾斜角度を確認してください。縞の数は10最小となるように、セットスクリューの負荷を微調整することにより、ダイヤモンドの傾斜角度を調整します。 </li><li> 2ダイヤモンドの間に厚さ250μmのレニウム（Re）は、金属箔の一部を置き、ワックスと所定の位置に固定します。 注：この再箔は、DACのガスケットとして機能します。 </li><li> DACの4圧縮ネジを締めて均一にし、ゆっくりと負荷を適用し、DACアセンブリの全体の厚さを測定することによって、マイクロメーターで再ガスケットの厚さの変化を監視します。 </li><li>再ガスケットの厚さは〜40μmであるときは、ゆっくりと圧縮ねじの負荷を削除し、事前インデントガスケットを取り出します。 </li><li>ラスを使用してくださいERフライス盤は、直径キューレット直径の少なくとも2/3であるプレくぼみの中心に穴を開けました。光学顕微鏡でガスケットを合わせ、レーザー加工機のユーザーインターフェイスでガスケット穴の意図直径を設定します。穴をドリルする「スキャン」ボタンを押してください。 </li><li>アセトンに開けガスケットを浸して、通常モードでの超音波洗浄機を使用してクリーニングします。アセトンでダイヤモンドのculetsを清掃してください。バックDACで掘削ガスケットを配置します。 注：ガスケットの穴は、試料室として機能します。 </li><li>また、ダイヤモンドのキューレットの中心であるべきガスケット穴の中心に単結晶試料を置きます。 注：最適なサンプルサイズは20ミクロン×20ミクロン×5ミクロン（縦x横x厚）。 </li><li>サンプルに近い小さなルビー球（直径〜10μm）を配置します。 注：ルビー球は圧力マーカーとして機能します。 </li><li>トン内の試料とDACを配置彼は、容器14を埋めるために約25,000のpsiの最大圧力に/ GSECARSガス積載容器と負荷圧縮ヘリウム（He）、ネオン（Neの）ガスをCOMPRES。 </li><li> DACの圧縮ネジを締めて、DACの試料室の内部の圧力を高め、ルビー蛍光16との圧力を監視します。 </li></ol> 2.データ収集<ol><li>回折計の回転中心に〜1mgののLaB 6粉末プレイス、δの角度によって様々ないくつかのMARCCD検出器の位置で粉末回折パターンを収集します。 MARCCD EPICSインタフェースの「スタート」ボタンをクリックすることにより、粉末回折パターンを収集します。検出器-試料間距離とMARCCD検出器2の傾きを校正するために、この回折パターンを使用してください。 </li><li> 検出器のキャリブレーションを完了した後、回折計からのLaB 6標準を削除します。サンプルホルダーにDACを配置し、目の上に置きます電子回折計の試料ステージ。 <ol><li>周囲圧力と温度でサンプルを保持するためにACA / IUCr標準ゴニオメーターヘッドに搭載された周囲温度のDAC、高温DAC用水冷クランプ型ホルダー、およびポリマーマイクロメッシュを保持するクランプ型ホルダーを使用してください。 注：以下の手順（2.3〜2.8）で、すべてのモーションコントロールはEPICSのユーザーインターフェース（EUI）で達成されます。 </li></ol></li><li>試料室は、EUI 120にφの角度を設定することにより、視聴ズームカメラに垂直になるようにφ軸を回転させます。 </li><li>第1の最小倍率で表示するカメラと試料室を検索します。 EUIのサンプルX、YおよびZを変化させることにより、サンプルの画像をセンタリング。 EUIで顕微鏡Zを変更することにより、試料の画像をフォーカスして、[ズームイン最大倍率に。 </li><li> EのサンプルX、YおよびZを変化させることにより、観察カメラの中心に試料室の画像を揃えますUI。それが焦点になるまで（この方向の回転中心の位置を推定するために、予め決定されたカメラの焦点を使用して）、カメラの軸に沿って試料位置を調整します。試料室は、入射X線ビームに垂直であるように、そしてEUI 90にφの角度を回転させます。 </li><li>送信ビームを収集しながら、ゴニオメータに組み込まれた電動式の翻訳を使用して、SCANWソフトウェアを使用して入射X線に対して垂直な水平方向と垂直方向の両方にDAC位置をスキャンし、DACの軸に沿った測定器の中心からサンプルずれを補正するために、フォトダイオード検出器で強度データがサンプルの後ろに配置します。 注：フォトダイオード検出器は、空気圧アクチュエータに取り付けられ、およびビームから遠隔制御ステーションから移動させることができます。 </li><li>最大伝送に対応し、SCANWの「中心」機能を使用して収集した強度スキャン中心位置を検索します。これは、CEです試料室のNTER。 </li><li> EUIを使用して数度ゴニオメータφ軸を使用してサンプルを回転させ、縦透過走査を繰り返します。正と負の両方φオフセットで、二回スキャンを繰り返します。 </li><li>次の式17に入射したX線の方向に沿ったサンプル位置を計算します <img alt="式（1）" src="/files/ftp_upload/54660/54660eq1.jpg" /> ΔYは、サンプルは、器具の中心からずれている、Δφは、スキャンの間φ角の変化であることを入射X線の方向に沿った距離であるΔSX +およびΔSどこX線の透過の位置ずれであり、x軸 φ角が+Δφと-Δφによって傾くとプロフィール。 注：スキャンのいくつかの反復は、サンプル位置決めの精度を向上させることができます。 </li><li> サンプルを整列させた後、単結晶回折データを収集しCCD_DCソフト1で。 <ol><li>まず、最大の開き角度を決定するSCANWソフトウェアを「スキャン」ボタンをクリックすることにより、フォトダイオードとφスキャンを収集し、ダイヤモンドアンビルとバッキングプレートの吸収効果の機能的な形状を決定します。 </li><li> φスキャンした後、DACは、それぞれ1°をカバーし、ステップφの一連の露光に続いて、許容する最大開口角度をカバーするために（φを回転させながら検出器が開いたままにされている間の）幅φ露出を行います。最大開口角度を「合計範囲」を設定し、CCD_DCソフトウェアの同じ番号に「ステップ数」を設定して、この手順を実行します。より多くの回折ピークへのアクセスを可能にするように、CCD_DCソフトウェアでδ、ν方向の検出器アームの位置を指定することで、異なる検出器の位置で広いφスキャンを収集します。 注：単位を有する結晶について10オングストロームよりも大きいセル、同じ角度範囲をカバーする10°の広いステップスキャンのコレクションにもお勧めします。露光時間は、ダイヤモンドからの吸収、及び試料からの回折機能の強度によって決定されます。通常、飽和せずに回折ピークの強度を最大に露光時間を選択します。典型的な露光時間は1~5秒/度です。一つの検出位置と一つの圧力で1結晶からの典型的なデータ収集は、約30分を要します。 </li></ol></li></ol> 3.データ解析注：データ分析はATREX / RSVソフトウェアスイート2,18を用いて行われます。ソフトウェアで利用原則の詳細な説明に関してらデラの仕事を参照してください。 2 <ol><li> LaB 6キャリブレーションファイルを処理します。 <ol><li> s内の各検出器の位置で収集したLaB 6粉末回折イメージを開きoftware。入力入射X線（0.434Å）の波長、および「カルを絞り込む」ボタンを押してください。 注：ソフトウェアが自動的に入射したX線ビームに対してサンプル - 検出器間距離と検出器の傾きを計算します。検出器のキャリブレーションのみが検出位置ν= 0、δ= 0で行われます。非ゼロν及びδで収集較正画像は、較正品質を検証するために使用されます。 </li><li>手動で、必要に応じてν、δの設定を編集して、各検出器の位置のキャリブレーションファイルを保存します。 注：各画像シリーズに関連付けられたATREX店舗の検出器校正.CALファイル。関連.CALファイルが存在する場合、プログラムのチェックを画像を開くと。そうでない場合、そのようなファイルを選択するオプションがあります。 </li></ol></li><li>すべての検出器位置についてキャリブレーションを保存した後、ATREXソフトウェアの「アサイン的」チェックボックスをチェックすることで、これらの関連付けを作成、ようにプログラムが使用する校正覚えているでしょう。 </li><li> サンプルの回折ピークを検索し、ピーク強度にフィット。 <ol><li>ソフトウェアで広角φ露出を開きます。 「検索」パネルに移動し、広角露光における回折ピークを検索します。手動で再ガスケットリングに近いダイヤモンドから過飽和回折ピークと回折ピークを削除します。 </li><li>彼らの正確な位置および強度を得るために回折ピークを合わせます。ソフトウェアで「ピーク検索」ボタンをクリックして、すべての検出器位置のためのサンプルの回折ピークを検索し、「ピークを保存」ボタンをクリックすることで、対応するピークのテーブルを保存します。 </li></ol></li><li> 逆空間での回折ピーク&#39;ディストリビューションを再構築します。 <ol><li>プログラムでは、ステップφスキャンでは、1つの検出器の位置、1つの画像のピークテーブルを開きます同じ検出器位置でssociated。検出器のキャリブレーション・ファイルは、まだこのファイルシリーズに割り当てられていない場合、適切な.CALファイルを選択します。 「スキャン」パネルに移動し、「スキャンから教授を計算する」ボタンを押してください。 注：このステップは、ピーク強度が最も強いれる各回折ピークのためのφの角度を見つけます。 </li><li>その結果、ピークテーブル.pksファイルを保存します。異なる検出器位置におけるすべての広い回転画像について、この手順を繰り返します。 </li></ol></li><li> インデックス回折ピーク。 <ol><li> RSVのソフトウェアを使用して、最初のピークテーブルファイルを開きます。すべての追加のピークテーブルをマージするには、「追加」機能を使用してください。回折ピークこの結晶のインデックスに予備UB行列を見つけるために、RSVのプラグインを使用します。ソフトウェアは自動的に最も可能性の高いUB行列を検索します。 </li><li> .p4pファイルをインポートすることにより、RSVに予備UBマトリックスを開き、とUBマトリックスを絞り込みます「絞り込みワット/ D-SPAC」ボタンを使用して、各回折ピークのd間隔。結晶の対称性が知られている場合、適切な結晶系の制約を選択します。 注：洗練が収束すると、最適化されたUBマトリックスと結晶（A、B、C、α、β、γ）の格子定数が決定されます。 </li><li> .ubファイルとして最適化されたUB行列を保存します。 注：初期ピーク探索処理ではプログラムは、構造決意に非常に貴重になりますいくつかの低強度ピークを見逃している可能性があります。 </li></ol></li><li>これらの不足しているのピークを検索するには戻ってソフトウェアにアクセスし、広角φ露光画像（関連する較正ファイルが自動的に読み込まれます）を開きます。 </li><li> 「予測」パネルで、結晶のUBマトリックスを開き、回折パターンをシミュレートします。 「ピークス」パネルでは、観察された回折ピークを検索し、未観測のピークを次の（テキストボックスを削除します「観測」ボタンにピークが）「観測された」と見なされるために必要とされるピークフィッティングボックス内の最小ピクセル強度のしきい値を指定することができます。ピークテーブルを保存し、「ピークフィット」ボタンをクリックすることで、ピークの位置と強度を取り付けます。 </li><li> 「追加」機能を使用して、RSVソフトウェアと異なる検出器位置でのすべての予測ピークテーブルをマージします。異なる露出設定（°/秒の回転速度）を使用した場合は、新しい.pksファイルを開くときに、適切なスケーリング係数を使用します。 </li><li> SHELXソフトウェアパッケージで結晶構造を精緻化するために使用することができ.hklテキストファイルとしてマージされたピークテーブルをエクスポートします。 SHELXと構造精密化を行うための詳細な手順はよく他の場所19,20に記載されています。 </li></ol>

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</ol>

著者らは、利害の対立を宣言しません。

この報告では、GSECARS 13-BM-CのビームラインでのDACを有する単結晶回折実験を行うための詳細な手順を示しています。 BA型ダイヤモンドアンビルとバッキングプレートとのBX-90型DACは単結晶回折実験2,9,15をお勧めします。 BX-90型DACの利点は、多くの回折ピーク9,15の効果的なサンプリングのために提供し、伝統的な対称のDACに比べて、より広い角度のアクセスです。広い角度のアクセスは、より低い対称性を持つ小さい単位セルを有するサンプルのために重要となる。前者は、正確に、格子パラメータを制約するために多くの回折ピークを必要とし、後者は、所定の角度アクセス2内少ない回折ピークを与えます。より多くの角度アクセス1は実験で、より正確な原子位置パラメータ1は2,4を測定達します。制限された角度のアクセスは、2次元の逆数のベクトルデータセット、MAKをもたらすことができます2数学的に不可能で信頼性の高いデータの解釈をる。 一つの重要な、まだしばしば見落とさステップは、適切な圧力伝達媒体を選択することです。アルゴン、シリコーンオイルまたはメタノール-エタノール-水の溶液として、圧力媒体は10GPaで21-23を超えなかった以前の単結晶回折実験に使用したが、これらの圧力媒体はGPaの22 5〜10の間で有意に非静力学となり、大幅に減少させます圧縮2,22中の結晶の品質。私たちの一般的な経験は、その唯一の高品質の実験で彼とNeの結果、最大50万気圧（ 例えば 、参考文献6,7）になっています。 APSでは、これらのガスは、好都合GSECARS / COMPRESガスローディング装置14を用いてのDACにロードすることができます。 HeまたはNeのは、圧力媒体として選択されると、試料室は、ガス負荷（ 図2）の間に収縮します。サンプルが直接ガスケットに触れたら、それは、圧縮時に割れやすいです。だから、その直径キューレットの直径の少なくとも2/3であり、サンプルガス負荷後のガスケットとの接触を避けるために十分に大きい試料室を、ドリルすることが重要です。 PX ^ 2でシンクロトロンベースの単色単結晶回折のセットアップはユニークです。実験用回折計に比べて、シンクロトロンX線源を大幅に信号対雑音比を改善し、データ収集時間4,27,28を減少させる非常に高いフラックス（&gt; 10 4）4,27,28を提供します 。シンクロトロンベース粉末回折は、一般にリートベルト法4を介して高圧力での物質の構造を決定するために使用されます。それは、格子定数と構造パラメータ2,4の嵌合を分離するので、単結晶回折は、リートベルト法に勝る利点を有します。リートベルトフィッティングを有する粉末回折は、通常、両方のフィッティング緯度が必要です<html>同時にTICEパラメータと構造パラメータ、独立した観測値の数は、典型的には、単結晶回折4よりもはるかに低いです。別の一般的な構造の決意方法は、領域検出部4と多色放射線を使用ラウエ回折です。 PX ^ 2で単色のデータ収集と比較して、ラウエ法データの削減は、データ分析4,24で追加の困難を追加し、高調波デコンボリューションと強度の正規化、などの追加条項を必要とします。単色単結晶回折構造を解決するための簡単な方法ですが、まだそれは、独自の制限があります。単色単結晶回折の理想的なデータセットは数十μmの大きさを有する欠陥のない結晶を必要とし、結晶品質が高い圧力で維持する必要があります。これらの要件は、このようなbridgmanite 25などのいくつかの非クエンチミネラル、のために満たすことが困難な場合があります。 コンテンツ&quot;&gt;時間分解単結晶回折は、圧力誘起構造遷移中に準安定状態と変換速度過渡をキャプチャすることができ、かつ^ 2 26。欠陥や格子ダイナミクスの定量的特性評価分析に基づいて、PXのための今後の研究の方向性の一つであります高圧で散漫散乱X線の^ 2 26 PXでも開発中である。レーザー加熱高圧単結晶回折が建設されている、と行動を研究する地球科学コミュニティを可能にするためのコンパクトな光学プラットフォーム深い土類条件26下の材料。

単結晶X線回折は、異なる実験条件での結晶性物質の化学組成および構造を決定するための最も効率的かつ十分に確立された方法の一つです。最近の高圧単結晶回折における発展の数1-5がありました。圧力は、地球や惑星物質の挙動や性質に影響を与える主な要因の1つです。高圧実験は、日常的に一般的な材料の新しい多形を明らかにし、周囲条件で行うことが不可能である化学物質を合成する方法を明らかにすることができます。最近、いくつかの新しいケイ酸塩の多形体は、地球のマントル6-8の特性に新たな洞察を提供高圧単結晶回折で同定されています。 大気圧での単結晶回折異なる高圧単結晶回折を生成するように圧力容器を必要としデータ収集中に圧力を維持します。高圧単結晶回折で使用される最も一般的な圧力容器は、金属フレーム/金属ガスケットによって一緒に保持されたダイヤモンドアンビルの一対で構成されているダイヤモンドアンビルセル（DAC）、および静水圧を提供するために、圧力伝達媒体であります試料室4,9-11内の環境。ダイヤモンドアンビルセルを用いた単結晶回折には、いくつかの重要な点で周囲条件で回折とは異なります。まず、逆空間のカバレッジを大幅にDACとバッキングプレートの体を介して制限されたX線の角度のアクセスに還元されます。第二に、ダイヤモンドとバッキングプレートによるX線の角度依存性の吸収を測定し、正確な構造因子を計算することができるように、回折信号を補正するために使用されなければなりません。このようなダイヤモンド、ガスケットおよび圧力transmittinとしてDACコンポーネントからの散乱や回折したサンプルの回折信号の第三に、任意の重複、グラムメディアは、排除されなければなりません。第四に、ゴニオメータの中心にDACのサンプルを整列させることは困難です。 DACの負荷軸に垂直な方向は常にガスケットによって遮断され、かつ光学顕微鏡やX線ビームのいずれかにアクセスできません。軸方向では、光学顕微鏡は、理由だけで、ダイヤモンドの高屈折率のサンプルの変位画像を視覚化することができます。これらの違いは、新しい高圧単結晶回折測定方法の発明を必要とします。 エクストリームXtallography（PX ^ 2）プロジェクトのためのパートナーシップのDACと高圧単結晶回折専用の新しい研究イニシアチブです。プロジェクトはGeoSoilEnviroCARS実験ステーションの検出器などのインフラの大部分を提供するAPS、の13-BM-Cでホストされて、X線を集中し、6円ヘビーデューティー回折計12,13は、高度な結晶のexperimeのさまざまな最適化NTS。回折計は、自由の6の角度、4つのサンプル-配向（μ、η、χ、φ）と2つの検出器配向（δとυ）を有しています。 η、χ、φ動きが楽器のカッパジオメトリ実際のモータ由来擬似角であるが、あなた13からの角度の表記法は、サンプルと検出器の動きを記述するために使用されています。実験手順は、DAC内蔵高圧単結晶回折のために最適化されており、データ処理および解析ソフトウェアパッケージのスイートが開発されています。本稿では、我々はPX ^ 2でデータを収集し、分析するためのガイドとして、BX-90型DAC 9を使用する典型的な高圧単結晶回折実験のための詳細なプロトコルを提示します。

<table><tbody><tr><td>Diamond</td><td>Almax</td><td>P01037</td><td>Boehler-Almax type diamond</td></tr><tr><td>Backing plate</td><td>Almax</td><td>P01289</td><td>Backing plate&#039;s design should match the diamond&#039;s design</td></tr><tr><td>Re gasket</td><td>Alfa Aesar</td><td>10309</td><td></td></tr><tr><td>Epoxy</td><td>Henkel Loctite</td><td>Stycast 2651</td><td></td></tr><tr><td>Polymer micromesh</td><td>MiTeGen</td><td>M3-L18SP-25</td><td></td></tr><tr><td>Goniometer head</td><td>Hampton Research</td><td>HR4-647</td><td></td></tr><tr><td>Software: ATREX</td><td>Open source software</td><td></td><td>Website: https://github.com/pdera/GSE_ADA</td></tr><tr><td>Software: RSV</td><td>Open source software</td><td></td><td>Website: https://github.com/pdera/RSV</td></tr><tr><td>Software: cell_now</td><td>Bruker Corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Software: CCD_DC</td><td>Free software</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

high pressure single crystal diffraction at px^2

この報告では、光量子ソースでGSECARS 13-BM-Cのビームラインでダイヤモンドアンビルセル（DAC）で、単結晶X線回折実験を行うための詳細な手順について説明します。 13-BM-CでのDACプログラムはエクストリームXtallography（PX ^ 2）プロジェクトのためのパートナーシップの一部です。円錐型ダイヤモンドアンビルとバッキングプレートとのBX-90型のDACは、これらの実験のために推奨されています。試料室は、静水圧環境を維持するために、希ガスでロードする必要があります。サンプルは、回折ゴニオメータの回転中心に位置合わせされます。 MARCCDエリア検出器は、LAB 6から粉末回折パターンで較正されます。試料の回折ピークはATREXソフトウェアプログラムを用いて分析され、その後RSVソフトウェアプログラムで索引付けされています。 RSVは、単結晶のUB行列を改良するために使用され、この情報とピーク予測機能と、複数の回折ピークが位置することができます。代表オンファサイトから単結晶回折データ（約0.51のNa 0.48）、マグネシウム（Mg 0.44のAl 0.44のFe 2+ 0.14のFe 3+ 0.02）のSi 2 O 6サンプルを採取しました。データの分析は0.35 GPaのでP2 / n個の空間群と単斜格子を与え、格子パラメータがあることが判明した：a = 9.496±0.006 A、B = 8.761±0.004 A、C = 5.248±0.001Å、β= 105.06±0.03º、α=γ= 90°。

私たちは、ケイ酸塩鉱物のオンファサイト（のCa 0.51のNa 0.48）上の高圧単結晶回折（Mgを0.44アル0.44のFe 2+ 0.14のFe 3+ 0.02）のSi 2 O 6の代表的な一例を示しています。オンファス輝石サンプルはベーラー-AlmaxとBX-90型DAC（BA）ダイヤモンドアンビルとバッキングプレートを入力します（ 図1）にロードしました。試料室は、静水圧環境を確保するための伝達媒体希ガスの圧力（この場合ヘリウム）を充填しました。試料室の圧力はルビー蛍光によって決定0.35 GPaでした。サンプルは、回折ゴニオメータの回転中心（ 図3,4）と整合しました。私たちは、のLaB 6粉末標準（ 図5）とν= 0、δ= 0でMARCCD検出器の位置や傾きを校正し。実験の間、η、 `7;そしてμ角は試料の回折ピークは、最初ATREXソフトウェアの「検索」機能（ 図6）を用いて分析した0に固定しました。そして、格子パラメータとオンファサイト単結晶のUBマトリックスはRSVソフトウェア（ 図7）を用いて精製しました。結晶の精製UBマトリックスと、複数の回折ピークは、ソフトウェアの「予測」機能（ 図8）を使用して発見されました。この圧力でこのオンファス輝石単結晶の洗練された格子パラメータは次のとおりです。= 9.496±0.006 A、B = 8.761±0.004 A、C = 5.248±0.001Å、β= 105.06±0.03º、α=γ= 90°（ タブ。 1）。オンファサイト結晶をP 2 / N空間群における単斜晶格子を有することが見出されました。私たちの洗練された格子パラメーターはとオンファサイトの公開された格子定数と一致しています類似の化学組成と同様の圧力で：P = 0.449万気圧、= 9.5541±0.0005 A、B = 8.7481±0.0007 A、C = 5.2482±0.0003Å、β= 106.895±0.004º21。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/54660/54660fig1.jpg" /> 図1：高圧単結晶回折のために使用されているBX-90 DACのコンポーネント。 （a）はベーラー-Almax（BA）型ダイヤモンド。 （b）の再ガスケット。 （c）は BA型バッキングプレート。 BA型のバッキングプレートに接着（d）の BA型ダイヤモンド。 （E）BX-90 DACの円筒部と（F）BX-90 DACのピストン部と（ グラム ）左利き（黒染め）と右利き（ステンレス仕上げ）スクリュー圧縮：ディスクスプリングワッシャー（H）右利きの圧縮ネジを。 （ <strオング&gt;ⅰ）BX-90 DACアセンブリ高圧単結晶回折実験の準備ができて。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54660/54660fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/54660/54660fig2.jpg" /> 図2： 前とメディアのロードを送信する希ガス圧後のDACの試料室の顕微鏡画像。媒体負荷を伝達ガス圧後、試料室の穴は、直径〜30％縮小しました。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54660/54660fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/54660/54660fig3.jpg" /> 図3： ハイプレための実験のセットアップPX ^ 2で、単結晶回折をssure。 6角度の自由度（μ、η、χ、φ、δおよびυ）と3つの並進方向（X、YおよびZ）が標識されています。角度の表記法は、あなた13の角度規則に従います。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54660/54660fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/54660/54660fig4.jpg" /> 図4： 回転中心に試料室を合わせます。左：+Δφ（緑）、-Δφ（赤）によるX線の法線方向（青）とφ回転での試料室をスキャンします。右：異なるφ角度でサンプルチャンバスキャンのX線透過プロファイル。 X線透過プロファイルのオフセットはinciden沿って位置補正を計算するために使用されます<html>トンX線方向。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54660/54660fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/54660/54660fig5.jpg" /> 図5： データ解析ソフトウェアを使用してMARCCD検出器のキャリブレーション。 LaB 6粉末回折パターンは、キャリブレーションを実行するために使用されます。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54660/54660fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図6" src="/files/ftp_upload/54660/54660fig6.jpg" /> 図6： データ解析ソフトウェアを使用して回折ピークサーチ。合計で63の回折ピークは、この広い露光画像で発見されました。<html> S / ftp_upload / 54660 / 54660fig6large.jpg &quot;ターゲット=&quot; _空白 &quot;&gt;この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <img alt="図7" src="/files/ftp_upload/54660/54660fig7.jpg" /> 図7： 回折ピークのインデックス作成およびRSVのソフトウェアを使用したサンプルのUB行列を計算します。索引付けは、ソフトウェアによって自動的に行われます。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54660/54660fig7large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図8" src="/files/ftp_upload/54660/54660fig8.jpg" /> 図8： データ解析ソフトウェアを用いて回折ピークを予測します。 112回折ピークは、ピーク予測関数を使用して、図6と同様の回折像を発見しました。コム/ファイル/ ftp_upload / 54660 / 54660fig8large.jpg &quot;ターゲット=&quot; _空白 &quot;&gt;この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>格子定数</td><td>値</td></tr><tr><td> A </td><td> 9.496±0.006Å </td></tr><tr><td> B </td><td> 8.761±0.004Å </td></tr><tr><td> C言語</td><td> 5.248±0.001Å </td></tr><tr><td> A </td><td> 90º </td></tr><tr><td> B </td><td> 105.06±0.03º </td></tr><tr><td>グラム</td><td> 90º </td></tr></tbody></table> 表1：オンファサイトの格子パラメータ（のCa 0.51 のNa 0.48）（Mgを 0.44 アル 0.44 鉄 &lt;強い&gt; 2+ 0.14 のFe 3+ 0.02）のSi 2 O 6 0.35 GPaの時。オンファサイト結晶をP 2 / N空間群における単斜晶格子を有することが見出されました。

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High Pressure Single Crystal Diffraction at PX^2

本稿では、光量子ソースでGSECARS 13-BM-Cのビームラインでダイヤモンドアンビルセルを用いて単結晶X線回折実験を行うための詳細な手順について説明します。 ATREX及びRSVプログラムは、データを分析するために使用されます。

PX ^ 2の高圧単結晶回折

In this report we describe detailed procedures for carrying out single crystal X-ray diffraction experiments with a diamond anvil cell (DAC) at the ...

high-pressure-single-crystal-diffraction-at-px2

Research

JoVE Journal

Chemistry

21.5K ビュー.  University of Hawai’i at Manoa. 本稿では、光量子ソースでGSECARS 13-BM-Cのビームラインでダイヤモンドアンビルセルを用いて単結晶X線回折実験を行うための詳細な手順について説明します。 ATREX及びRSVプログラムは、データを分析するために使用されます。 

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Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

エクストリーム圧力と温度での合成とMicrodiffraction

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

工学

Stress Distribution During Cold Compression of Rocks and Mineral Aggregates Using Synchrotron-based X-Ray Diffraction

We report detailed procedures for performing compression experiments on rocks and mineral aggregates within a multi-anvil deformation apparatus (D-DIA) coupled with synchrotron X-radiation. A cube-shaped sample assembly is prepared and compressed, at room temperature, by a set of four X-ray transparent sintered diamond anvils and two tungsten carbide anvils, in the lateral and the vertical planes, respectively. All six anvils are housed within a 250-ton hydraulic press and driven inward simultaneously by two wedged guide blocks. A horizontal energy dispersive X-ray beam is projected through and diffracted by the sample assembly. The beam is commonly in the mode of either white or monochromatic X-ray. In the case of white X-ray, the diffracted X-rays are detected by a solid-state detector array that collects the resulting energy dispersive diffraction pattern. In the case of monochromatic X-ray, the diffracted pattern is recorded using a two-dimensional (2-D) detector, such as an imaging plate or a charge-coupled device (CCD) detector. The 2-D diffraction patterns are analyzed to derive lattice spacings. The elastic strains of the sample are derived from the atomic lattice spacing within grains. The stress is then calculated using the predetermined elastic modulus and the elastic strain. Furthermore, the stress distribution in two-dimensions allow for understanding how stress is distributed in different orientations. In addition, a scintillator in the X-ray path yields a visible light image of the sample environment, which allows for the precise measurement of sample length changes during the experiment, yielding a direct measurement of volume strain on the sample. This type of experiment can quantify the stress distribution within geomaterials, which can ultimately shed light on the mechanism responsible for compaction. Such knowledge has the potential to significantly improve our understanding of key processes in rock mechanics, geotechnical engineering, mineral physics, and material science applications where compactive processes are important.

We report detailed procedures for compression experiments on rocks and mineral aggregates within a multi-anvil deformation apparatus coupled with synchrotron X-radiation. Such experiments allow quantification of the stress distribution within samples, that ultimately sheds light on compaction processes in geomaterials.

岩や放射光 x 線回折を用いた鉱物骨材の冷間圧縮時の応力分布

We report detailed procedures for performing compression experiments on rocks and mineral aggregates within a multi-anvil deformation apparatus (D-DIA) ...

環境学

Fully Autonomous Characterization and Data Collection from Crystals of Biological Macromolecules

High-brilliance X-ray beams coupled with automation have&#160;led to the use of synchrotron-based macromolecular X-ray crystallography (MX) beamlines for even the most challenging projects in structural biology. However, most facilities still require the presence of a scientist on site to perform the experiments. A new generation of automated beamlines dedicated to the fully automatic characterization of, and data collection from, crystals of biological macromolecules has recently been developed. These beamlines represent a new tool for structural biologists to screen the results of initial crystallization trials and/or the collection of large numbers of diffraction data sets, without users having to control the beamline themselves. Here we show how to set up an experiment for automatic screening and data collection, how an experiment is performed at the beamline, how the resulting data sets are processed, and how, when possible, the crystal structure of the biological macromolecule is solved.

Here, we describe how to use the automated screening and data collection options available at some synchrotron beamlines. Scientists send cryocooled samples to the synchrotron, and the diffraction properties are screened, the data sets are collected and processed and, where possible, a structure solution is carried out&#8212;all without human intervention.

完全自律型の特性と生体高分子の結晶からのデータ収集

High-brilliance X-ray beams coupled with automation have&#160;led to the use of synchrotron-based macromolecular X-ray crystallography (MX) beamlines for ...

生化学

Measurements of Long-range Electronic Correlations During Femtosecond Diffraction Experiments Performed on Nanocrystals of Buckminsterfullerene

The precise details of the interaction of intense X-ray pulses with matter are a topic of intense interest to researchers attempting to interpret the results of femtosecond X-ray free electron laser (XFEL) experiments. An increasing number of experimental observations have shown that although nuclear motion can be negligible, given a short enough incident pulse duration, electronic motion cannot be ignored. The current and widely accepted models assume that although electrons undergo dynamics driven by interaction with the pulse, their motion could largely be considered &#39;random&#39;. This would then allow the supposedly incoherent contribution from the electronic motion to be treated as a continuous background signal and thus ignored. The original aim of our experiment was to precisely measure the change in intensity of individual Bragg peaks, due to X-ray induced electronic damage in a model system, crystalline C60. Contrary to this expectation, we observed that at the highest X-ray intensities, the electron dynamics in C60 were in fact highly correlated, and over sufficiently long distances that the positions of the Bragg reflections are significantly altered. This paper describes in detail the methods and protocols used for these experiments, which were conducted both at the Linac Coherent Light Source (LCLS) and the Australian Synchrotron (AS) as well as the crystallographic approaches used to analyse the data.

We describe an experiment designed to probe the electronic damage induced in nanocrystals of Buckminsterfullerene (C60) by intense, femtosecond pulses of X-rays. The experiment found that, surprisingly, rather than being stochastic, the X-ray induced electron dynamics in C60 are highly correlated, extending over hundreds of unit cells within the crystals1.

バックミンスターフラーレンのナノ結晶のフェムト秒回折実験中長距離電子相関の測定

The precise details of the interaction of intense X-ray pulses with matter are a topic of intense interest to researchers attempting to interpret the ...

化学

An All-in-one Sample Holder for Macromolecular X-ray Crystallography with Minimal Background Scattering

Macromolecular X-ray crystallography (MX) is the most prominent method to obtain high-resolution three-dimensional knowledge of biological macromolecules. A prerequisite for the method is that highly ordered crystalline specimen need to be grown from the macromolecule to be studied, which then need to be prepared for the diffraction experiment. This preparation procedure typically involves removal of the crystal from the solution, in which it was grown, soaking of the crystal in ligand solution or cryo-protectant solution and then immobilizing the crystal on a mount suitable for the experiment. A serious problem for this procedure is that macromolecular crystals are often mechanically unstable and rather fragile. Consequently, the handling of such fragile crystals can easily become a bottleneck in a structure determination attempt. Any mechanical force applied to such delicate crystals may disturb the regular packing of the molecules and may lead to a loss of diffraction power of the crystals. Here, we present a novel all-in-one sample holder, which has been developed in order to minimize the handling steps of crystals and hence to maximize the success rate of the structure determination experiment. The sample holder supports the setup of crystal drops by replacing the commonly used microscope cover slips. Further, it allows in-place crystal manipulation such as ligand soaking, cryo-protection and complex formation without any opening of the crystallization cavity and without crystal handling. Finally, the sample holder has been designed in order to enable the collection of in situ X-ray diffraction data at both, ambient and cryogenic temperature. By using this sample holder, the chances to damage the crystal on its way from crystallization to diffraction data collection are considerably reduced since direct crystal handling is no longer required.

A novel sample holder for macromolecular X-ray crystallography along with a suitable handling protocol is presented. The system allows crystal growth, crystal soaking and in situ diffraction data collection at both, ambient and cryogenic temperature without the need of any crystal manipulation or mounting.

背景散乱を最小限に抑えた高分子X線結晶学用オールインワンサンプルホルダー

Macromolecular X-ray crystallography (MX) is the most prominent method to obtain high-resolution three-dimensional knowledge of biological macromolecules. ...

Sample Preparation and Transfer Protocol for In-Vacuum Long-Wavelength Crystallography on Beamline I23 at Diamond Light Source

Long-wavelength macromolecular crystallography (MX) exploits the anomalous scattering properties of elements, such as sulfur, phosphorus, potassium, chlorine, or calcium, that are often natively present in macromolecules. This enables the direct structure solution of proteins and nucleic acids via experimental phasing without the need of additional labelling. To eliminate the significant air absorption of X-rays in this wavelength regime, these experiments are performed in a vacuum environment. Beamline I23 at Diamond Light Source, UK, is the first synchrotron instrument of its kind, designed and optimized for MX experiments in the long wavelength range towards 5 &#197;. 
To make this possible, a large vacuum vessel encloses all endstation components of the sample environment. The necessity to maintain samples at cryogenic temperatures during storage and data collection in vacuum requires the use of thermally conductive sample holders. This facilitates efficient heat removal to ensure sample cooling to approximately 50 K. The current protocol describes the procedures used for sample preparation and transfer of samples into vacuum on beamline I23. Ensuring uniformity in practices and methods already established within the macromolecular crystallography community, sample cooling to liquid nitrogen temperature can be performed in any laboratory setting equipped with standard MX tools. 
Cryogenic storage and transport of samples only require standard commercially available equipment. Specialized equipment is required for the transfer of cryogenically cooled crystals from liquid nitrogen into the vacuum endstation. Bespoke sample handling tools and a dedicated Cryogenic Transfer System (CTS) have been developed in house. Diffraction data collected on samples prepared using this protocol show excellent merging statistics, indicating that the quality of samples is unaltered during the procedure. This opens unique opportunities for in-vacuum MX in a wavelength range beyond standard synchrotron beamlines.

Here, we present a protocol for cryogenic sample preparation and transfer of crystals into the vacuum endstation on beamline I23 at Diamond Light Source, for long-wavelength macromolecular X-ray crystallography experiments.

ダイヤモンド光源におけるビームラインI23上の真空中長波長結晶構造解析のためのサンプル調製および移送プロトコル

Long-wavelength macromolecular crystallography (MX) exploits the anomalous scattering properties of elements, such as sulfur, phosphorus, potassium, ...

On-Chip Crystallization and Large-Scale Serial Diffraction at Room Temperature

Biochemical reactions and biological processes can be best understood by demonstrating how proteins transition among their functional states. Since cryogenic temperatures are non-physiological and may prevent, deter, or even alter protein structural dynamics, a robust method for routine X-ray diffraction experiments at room temperature is highly desirable. The crystal-on-crystal device and its accompanying hardware and software used in this protocol are designed to enable in situ X-ray diffraction at room temperature for protein crystals of different sizes without any sample manipulation. Here we present the protocols for the key steps from device assembly, on-chip crystallization, optical scanning, crystal recognition to X-ray shot planning and automated data collection. Since this platform requires no crystal harvesting nor any other sample manipulation, hundreds to thousands of protein crystals grown on chip can be introduced into an X-ray beam in a programmable and high-throughput manner.

This contribution describes how to set up protein crystallization on crystal-on-crystal devices and how to perform automated serial data collection at room temperature using the on-chip crystallization platform.

室温でのオンチップ結晶化と大規模シリアル回折

Biochemical reactions and biological processes can be best understood by demonstrating how proteins transition among their functional states. Since ...

タンパク質の自動結晶化とリアルタイムデータ収集

Crystallization and In Situ Room Temperature Data Collection Using the Crystallization Facility at Harwell and Beamline VMXi, Diamond Light Source

Protocols for robotic protein crystallization using the Crystallization Facility at Harwell and in situ room temperature data collection from crystallization plates at Diamond Light Source beamline VMXi are described. This approach enables high-quality room-temperature crystal structures to be determined from multiple crystals in a straightforward manner and provides very rapid feedback on the results of crystallization trials as well as enabling serial crystallography. The value of room temperature structures in understanding protein structure, ligand binding, and dynamics is becoming increasingly recognized in the structural biology community. This pipeline is accessible to users from all over the world with several available modes of access. Crystallization experiments that are set up can be imaged and viewed remotely with crystals identified automatically using a machine learning tool. Data are measured in a queue-based system with up to 60&#176; rotation datasets from user-selected crystals in a plate. Data from all the crystals within a particular well or sample group are automatically merged using xia2.multiplex with the outputs straightforwardly accessed via a web browser interface.

著者スポットライト:医薬品開発のためのタンパク質構造解析の進歩 

We present a protocol for the crystallization of proteins using the crystallization facility in the Research Complex at Harwell and subsequent in situ X-ray crystallographic data collection from crystals within the plates at Diamond&#39;s Versatile Macromolecular Crystallography in situ (VMXi) beamline. We describe sample requirements, crystallization protocols, and data collection guidelines.

PX ^ 2の高圧単結晶回折

要約

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エクストリーム圧力と温度での合成とMicrodiffraction

岩や放射光 x 線回折を用いた鉱物骨材の冷間圧縮時の応力分布

完全自律型の特性と生体高分子の結晶からのデータ収集

バックミンスターフラーレンのナノ結晶のフェムト秒回折実験中長距離電子相関の測定

背景散乱を最小限に抑えた高分子X線結晶学用オールインワンサンプルホルダー

ダイヤモンド光源におけるビームラインI23上の真空中長波長結晶構造解析のためのサンプル調製および移送プロトコル

室温でのオンチップ結晶化と大規模シリアル回折

Harwellの結晶化施設とダイヤモンド光源Beamline VMXiを用いた結晶化とその場室温データ収集

Harwellの結晶化施設とダイヤモンド光源Beamline VMXiを用いた結晶化とその場室温データ収集

Harwellの結晶化施設とダイヤモンド光源Beamline VMXiを用いた結晶化とその場室温データ収集

PX ^ 2の高圧単結晶回折

要約

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エクストリーム圧力と温度での合成とMicrodiffraction

岩や放射光 x 線回折を用いた鉱物骨材の冷間圧縮時の応力分布

完全自律型の特性と生体高分子の結晶からのデータ収集

バックミンスターフラーレンのナノ結晶のフェムト秒回折実験中長距離電子相関の測定

背景散乱を最小限に抑えた高分子X線結晶学用オールインワンサンプルホルダー

ダイヤモンド光源におけるビームラインI23上の真空中長波長結晶構造解析のためのサンプル調製および移送プロトコル

室温でのオンチップ結晶化と大規模シリアル回折

Harwellの結晶化施設とダイヤモンド光源Beamline VMXiを用いた結晶化とその 場 室温データ収集

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Harwellの結晶化施設とダイヤモンド光源Beamline VMXiを用いた結晶化とその場室温データ収集

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