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CheckCIF 常见问题(二):键精度警报

上一讲我们介绍了 CheckCIF 的基本信息,包括什么是 CheckCIF、A 类和 B 类警报、主要的检测内容、如何检测和问题回应,这一讲我们着重讲解一下检测 中经常碰到的键精度警报。

在单晶解析过程中我们时常会碰到键精度警报 PLAT340, PLAT341, PLAT342: Check Bond Precision for C-C in Structure。尽管在大多数情况下,该警 报只会出现在 B 类警报中,一般不需要回复或解释,但是有些时候该警报确实指 向某些解析中产生的问题,因此对其产生的原因进行了解也是有相当的必要的。

一般而言,在验证过程中,计算机会检测结构中 X-Y 键长的平均标准偏差, 该项亦被称为键精度(bond precision)。在一般情况下,X-Y 会是 C-C 键,但是 当分子中不存在 C-C 键时,计算机会检查结构中除氢原子外最轻的两个原子的 键精度。通常情况下,程序会根据结构中最重元素的原子序数(Z)给出不同的 检测限,并在超过检测线时抛出不同的错误编号。当 Z<20 时 会给出 PLAT340。 当 2040 时,会给出 PLAT_342.

在了解该警告产生原理之后,我们就可以对照该原理去分析我们的数据了, 一般来说我们的数据如果在验证过程中产生了该警报,那产生该警报的原因会有 以下几种

1)晶体的分辨率不够。当衍射数据的分辨率较低时,我们就拿不到一个精 确的电子云图,进一步的,当我们根据这样一个不够清晰的电子云图去确定原子 位置时,键精度自然会比较低。但是这并不意味着我们的数据时不能用或者不可 用的。因为很多单晶衍射实验是有其特定的表征目的的,比如证明原子键连方式, 比如确定分子的绝对构型。一些键的键精度有问题并不会影响我们的结论。一般 情况下,无需对该警告进行回应。但是如果需要的话,对此我们可以在 CIF 文件 中做出如下回应
RESPONSE:Although amounts of attempts have been conducted, our best single crystal could only be diffracted to XA (X 为截取的分辨率). under such low resolution, the low bond precision is acceptable and it will not influence our conclusion based on this structure.

2)孪晶,众所周知的,孪晶会带来误差很大的一系列衍射点,从而使通过 傅里叶变换得到的电子云图没有那么“干净”,自然的,通过该电子云图确认的原 子位置误差偏大也是可以理解的。同样的,如果键精度问题并不会影响到我们要 做的结论,我们无需对该警告进行回应。但是如果需要的话,对此我们可以在 CIF 文件中回复该问题是由孪晶导致的。

3)晶体质量较差,如晶体有部分的风化。单晶衍射实验实际上是一个鲁棒 性非常好的实验,很多时候对于没有那么好的晶体,我们仍然能成功的得到单晶 结构。但是这些衍射不好的差质量晶体,往往会存在着很多误差较大的衍射点, 与孪晶类似,这些高误差的衍射点会使原子位置误差变大。类似的,如有需要, 我们可以在 CIF 文件中回复该问题是由晶体质量较差导致的。

4)晶体中存在未被准确建模的无序。对于衍射数据质量良好,数据处理过 程中又无重大失误的数据,只要按照标准的操作流程进行数据精修,该警报一般 不会出现,因为这时我们的衍射数据里已经包含了足够的信息来对原子位置进行 精确的建模。但是当晶体中存在未被准确建模的无序时,键精度会大幅度降低。 Peter Müller 在他的 Crystal Structure Refinement : A crystallographer's guide to SHELXL 中的 8.1.1 详细阐述了无序带来的键长变化的赝相的原理(如下图), 在此不再赘述。因此当晶体中存在无序,或者无序未被精确良好的建模时,键精 度会出现明显的变化。面对这种问题,如果在一开始就选择低温测试,晶体中的 无序会得到有效的压制,键精度会自然而然的得到提高。而对于衍射质量较好的 晶体,通过认真细致的无序分析和精确建模,该问题同样可以得到有效的压制。


总而言之,键精度不足的问题可能是由以上一个或多个原因共同引起的,测 试者应该在分析测试过程中综合自己的情况,仔细思考该警告被抛出的原因,并 据此完善自己的精修或在 CIF 文件中做出合理的回应。