JP2017504044A - Ｘ線回折ベースの結晶学解析を行う方法 - Google Patents

Abstract

結晶試料の構造を決定するためのＸ線回折ベースの解析の方法が提供される。この方法は、対応する強度の反射を含む回折画像の第１のセットを収集するために事前実験を行うステップを含む。また、この方法は、回折画像の第２のセットを収集するために主実験を行うステップを含み、前記第２のセットの前記回折画像は、前記第１の実験中に作り出された相対強度より高い相対強度を有する前記反射を含み、前記第２のセットの前記回折画像の少なくともいくつかは、検出器飽和に由来する超過反射を含む。また、この方法は、画像の前記第２のセットからの前記超過反射の強度を、画像の前記第１のセットからの対応する反射について得られた強度で置き換えるステップを含む。

Description

本発明は、一般に、Ｘ線回折の分野に関し、より詳細には、結晶性化合物の構造を決定するために収集されたデータにおける超過反射の処理に関する。

単結晶Ｘ線回折（ＳＣ−ＸＲＤ）は、結晶性化合物の３次元原子構造を決定するための方法である。化合物の単結晶標本が、異なる方向から単色Ｘ線放射で照射され、その一部が、特定のパターンで回折され、Ｘ線検出器によって検出される。標本の構造情報が、これらの回折パターンの幾何形状および相対強度から決定される。これらの強度は、Ｘ線検出器画像内の画素から積算される。

単結晶回折実験を実施するための典型的な研究室システム１００は、図１に示されているように５つの構成要素からなる。これらの構成要素は、必要とされる放射エネルギー、焦点サイズ、および強度を有する一次Ｘ線ビーム１０４を作り出すＸ線源１０２を含む。Ｘ線光学系１０６は、一次Ｘ線ビーム１０４を、必要とされる波長、ビーム焦点サイズ、ビームプロファイル、および拡散を有する条件付けられた、または入射ビーム１０８へと条件付けるように提供される。ゴニオメータ１１０を使用し、入射Ｘ線ビーム１０８と結晶試料１１２とＸ線センサ１１４との間の幾何学的関係を確立し操作する。入射Ｘ線ビーム１０８は、結晶試料１１２に当たり、センサ１１４内で記録される散乱Ｘ線１１６を作り出す。試料位置合わせおよびモニタアセンブリは、試料１１２を照明する試料イルミネータ１１８と、試料のビデオ画像を生成する試料モニタ１２０、典型的にはビデオカメラとを備え、ユーザが試料を機器中心内で位置決めし、試料の状態および位置をモニタするのを支援する。

ゴニオメータ１１０は、結晶試料１１２がいくつかの軸周りで回転されることを可能にする。精密な結晶学は、試料結晶１１２がゴニオメータ１１０の中心に位置合わせされ、データ収集中、ゴニオメータ回転軸周りで回転されたときその中心内で維持されることを必要とする。露出中、試料（注目の化合物の単結晶）は、精密な角度範囲を通じて精密な角速度で、Ｘ線ビーム１０８内で回転される。この回転の目的は、ブラッグ反射を予測可能に強め合う干渉にすることである。各回転位置では、センサが回折Ｘ線信号の画像を取り込む。したがって、そのようなＸ線回折実験の結果は、それらの画素が個々の反射の場所および強度を示す２Ｄ画像のセットである。

結晶性化合物は、電子の連続的な分布を有する。入射Ｘ線は、化合物に当たったとき、電子によって特定の回折パターンで回折される。回折Ｘ線は、検出器１１４によって取り込まれた２Ｄ画像内で反射を生み出す。反射の回折パターンは、フーリエ変換によって化合物の電子の密度マップに関係付けられる。２Ｄ画像のセット内の反射の場所に基づいて、また反射を画定する画素の強度に基づいて、データのレシプロカルスフィアが生成され、離散的な反射は、レシプロカルスフィア内で互いに相対的に配置され、各反射の強度は、フーリエ変換の係数である。次いで、反射の相対強度が、結晶構造内の電子の配置についての情報をもたらす。逆フーリエ変換を３Ｄレシプロカルスフィアデータに適用することにより、電子密度マップが提供され、この電子密度マップは、結晶性化合物の構造を示す。

図２は、Ｘ線回折実験中に行われる典型的なステップを示す。実験は、主実験のための適切なデータ収集パラメータを決定するのに十分ないくつかの回折画像を収集するために事前実験を行うことから始まる（ステップ２００）。主実験で使用するために適正なデータ収集パラメータを決めることは、結晶試料の単位セル、そのモザイク性、所与の分解能を達成するための信号対雑音比ｌ／ｓｉｇｍａ（ｌ）、ここでｓｉｇｍａは標準偏差である）、回折限界、および実験セットアップの配向行列によって左右されることになり、これらはすべて事前スキャン実験中に決定される。事前実験は、たとえば、主実験において検出器によって取り込まれる各画像に使用するための最適化された露出時間の決定を可能にする。従来の回折システムの遅い捕捉速度、および長いデッドタイムの場合、典型的には、事前実験中に部分的なデータしか収集されない。

主Ｘ線回折実験（ステップ２０２）を行うとき、Ｘ線検出器の露出時間は、より強い強度とより弱い強度の反射を共に検出することを可能にするように選択される。しかし、事前実験（ステップ２００）中に得られた強度分布についての情報を使用して露出時間が最適化される場合でさえ、より強い反射は、主実験中、検出器の画素のいくつかを飽和させることになる。還元すれば、最適化されたパラメータを用いてさえ、反射信号のいくつかはＸ線検出器のダイナミックレンジを越えて延びることになり、これらの反射について不正確なデータが収集されることになる。これらの反射は、しばしば「超過」または「過負荷」反射と呼ばれる。これらの超過信号の正しい強度は、正しく記録することができず、追加の画像から再構築されることを必要とする。したがって、知られている方法は、主実験を行っている間、画像内に飽和画素があるか否か決定するために各画像が検証される（ステップ２０４）。

従来、飽和画素の強度データは、廃棄されたか、またはより高いスキャン速度、より短い露出時間を用いて、もしくは減衰されたＸ線ビームを用いて、第２の露出中に新しい画像フレームが取り込まれた（ステップ２０６）。どちらの対策も、信号の強度を、検出器のダイナミックレンジ内に入るように低減する。元の画像内で飽和画素の強度が、第２の露出の画素のスケーリングされた強度で置き換えられ、第１の露出および第２の露出に由来する２つの画像に基づいて合成画像が構築される（ステップ２０８）。従来の方法は、飽和画素があるか否か決定するために主実験中に画像を読み取り解析しなければならないので時間がかかる。飽和画素がある場合、ゴニオメータを停止しなければならず、飽和画素のない第２の画像を取り込むために、ビームの強度を減衰することが必要である、および／または露出時間を短縮しなければならない。

回折実験の結果は、画素が反射の強度を含む多数の回折画像のセット（２１０）である。次いで、各反射の強度は、積算され、スケーリングされ、正規化される（ステップ２１２、２１４）。出力データは、逆格子空間内で各反射について場所および強度を提供する。次いで、出力データを使用し、逆フーリエ変換を適用することによって試料の電子密度マップを決定することができる。この電子密度マップにより、結晶性試料の構造を決定することができる。

本発明では、Ｘ線回折ベースの結晶学解析を行うための改善された方法を提供する。

本発明によれば、結晶試料の構造を決定するためのＸ線回折ベースの解析の方法が提供される。例示的な実施形態では、この方法は、試料がＸ線ビームで照射され、回折画像の第１のセットがＸ線検出器によって収集される第１の実験を行うステップを含み、回折画像は、対応する強度の反射を含む。この方法は、試料がＸ線ビームで照射され、回折画像の第２のセットが収集される第２の実験を行うステップをも含む。第２のセットの回折画像は、第１の実験中に作り出された相対強度より高い相対強度を有する反射を含み、第２のセットの回折画像の少なくともいくつかは、検出器飽和に由来する超過反射を含む。また、この方法は、画像の第２のセットからの超過反射の強度を、画像の第１のセットからの対応する反射について得られた強度で置き換えるステップを含む。

第１の実験は、３度／秒以下の角速度で、単回のスキャンで行われる。回折画像の第２のセットは、結晶試料のいくつかのスキャン中に収集され得る。一般に、第２の実験には、１度／秒以下の角速度が使用される。第１の実験は事前実験であり、第２の実験は主実験であり、事前実験は、主実験に先だって行われる。

一実施形態では、この方法は、第２の実験を行うとき、第１の実験に使用された回転速度に対して結晶試料のより低い回転速度を使用する。あるいは、回折画像の第２のセットを取り込むとき、画像の第１のセットに使用された露出時間に対して、Ｘ線検出器の露出時間をより長くすることができる。また、第２の実験中に回折画像を取り込むとき、第１の実験に使用された利得に対して、Ｘ線検出器のより高い利得を使用することが可能である。別の選択肢は、第１の実験中に回折画像を取り込むとき、Ｘ線検出器の前にアクチュエータを置くことにある。

また、この方法は、主実験を行うための実験パラメータを決定するために、事前実験からの画像の第１のセットを処理するステップを含む。置き換えるステップは、第１の実験および第２の実験からの反射のそれぞれについて強度を決定するステップと、超過反射の強度を廃棄するステップと、得られる強度をスケーリングおよび正規化するステップとを含む。

得られる出力データの品質にどのように影響を及ぼすかに応じて、超過反射以外の反射について事前実験からの強度の少なくともいくつかを使用すること、または事前実験からのデータを廃棄することも可能である。第１の実験からの強度データのいくつかを廃棄することは、閾値に基づいてなされる。

本発明による方法は、事前実験中、結晶試料を入射Ｘ線ビームで照射し、所与のダイナミックレンジを有するＸ線検出器で回折画像の第１のセットを収集するステップであって、回折画像の第１のセットは、結晶試料によって回折された反射の強度データを提供する、ステップをも含む。事前実験は、５分未満で行われることが好ましい。次いで、データ収集パラメータ（結晶試料の単位セルパラメータ、モザイク性およびブラベクラス、ｌ／ｓｉｇｍａ（ｌ）、ならびに露出時間）が、主実験を行うために決定される。主実験は、結晶試料を入射Ｘ線ビームで照射し、反射のより高い強度データを提供する回折画像の第２のセットを収集するステップを含む。次いで、回折画像の第１のセットおよび第２のセットからの反射の強度が決定され、検出器のダイナミックレンジを越えて延びる超過反射が廃棄される。回折画像の第１のセットおよび第２のセットからの強度はスケーリングされ、画像の第１のセットから導出された強度が、画像の第２のセットの廃棄された超過反射の強度に置き換わる。

一体強度のスケーリングは、画像の両セット内で観察された反射の一体強度に基づいて決定される倍率を使用してなされることが好ましい。所与の閾値を下回るデータの第１のセットから導出された強度は、廃棄することができる。

従来技術による単結晶Ｘ線回折解析システムの概略図である。 従来技術によるＸ線回折実験を実施するプロセスのステップを示す流れ図である。 本発明の例示的な実施形態のステップを示す流れ図である。

本発明は、Ｘ線結晶学解析を行う改善された方法を提供する。提案されている方法は、事前実験を利用し、主実験において「超過」または「過負荷」反射として現れる反射の強度データを提供する。「超過」反射は、Ｘ線検出器の最大検出限界を超える強度を有する少なくともいくつかの画素を含む反射である。Ｘ線検出器のダイナミックレンジは、検出器が対処することができる最大信号と最小信号の比に対応し、上限はフルウェル閾値と呼ばれ、それを越えると、画素はより多くの電荷を蓄積することができない。

好ましい実施形態では、この方法は、第１の「データセット」とも呼ばれる回折画像の第１のセットを収集するステップを含む。回折画像のこの第１のセットは、事前実験中に収集されることが好ましく、主実験のためのデータ収集パラメータを決定するために使用される。第１の実験すなわち事前実験は、強度データの完全なレシプロカルスフィアを、より低い回折角度および短時間露出／画像でカバーするのに十分であることが好ましい高速スキャンを使用する。

回折画像の第２のセット、または第２のデータセットが、第２の実験すなわち主実験中に収集される。主実験は、典型的には原子分解能まで行われる。「原子」分解能とは、原子レベルでの詳細、たとえば分子構造内の原子間の結合長および角度について述べるのに、分解能が十分であることを意味する。

回折画像のこの第２のセット、または第２の「データセット」もまた、結晶の対称性による強度データの完全なセットを提供することが好ましい。回折画像の第２のセット内で取り込まれた反射は、第１の実験すなわち事前実験中に作り出されたものより高い相対強度を有する。

次いで、両データセットからの情報が、個々の反射の強度を決定するために使用される。これは、回折の２つのセット内で観察された反射スポットに関連付けられた画素の強度を積算することによって行われる。同じ結晶試料が使用されるので、強度だけが異なる、同じ反射が、両データセット内に現れることになる。このステップを行っている間、またはその後、主実験における超過反射に由来する強度データが識別され、廃棄され、これらの超過反射については、事前実験から導出された強度データだけが、組み合わされたデータセット内に存在する。

次いで、両データセットからの強度は、スケーリングおよび正規化される。したがって、事前実験の強度が、超過反射について主実験の強度と置き換えて使用される。超過反射に使用されなかった事前実験から導出された強度データは、それが最終出力データの品質を改善するか否かに応じて、廃棄される、または最終出力データの一部として持ち続けることができる。出力データの品質は、たとえば、反射について比ｌ／ｓｉｇｍａ（ｌ）が増大される場合、増大させることができる。積算およびスケーリングステップの完了後、および事前実験から導出された強度データの一部またはすべてを持ち続けるか廃棄するか判断した後、得られる出力データは、逆格子空間内の反射についての強度値である。

結晶性化合物の構造は、結晶学実験中に収集される異なる回折強度によって説明される。電子密度のより正確なマップほど、試料の結晶格子を形成する様々な原子の位置のより高い精度に変換される。

従来技術の方法とは対照的に、本発明は、実験中に取り込まれた画像内の飽和画素を置き換えるのではなく、超過反射に関連付けられた強度を置き換えることを提案する。前述のように、超過反射は、Ｘ線検出器の容量またはダイナミックレンジを超える強度を有する反射である。

次に図３を参照すると、流れ図が本発明の例示的な実施形態のステップを示す。この方法は、回折画像の第１のセットに由来するデータの実質的に完全な３Ｄレシプロカルスフィアを提供するために第１のＸ線回折実験を行うことにあるステップ３００から始まる。当業者なら、結晶性化合物の対称性を考えると、逆格子空間の少なくとも１つの半球についてデータを収集することにより、完全なレシプロカルスフィアについての情報を提供することができることを理解するであろう。実質的に完全とは、レシプロカルスフィアの少なくとも９５％についての強度データが収集されたことを意味する。この第１のデータセットの分解能は、原子分解能である必要はない。

第１の実験は、結晶性化合物の３Ｄ構造を決定するために行われる主たる原子分解能実験中に使用されることになるデータ収集パラメータを決定するために行われる事前実験を表す。「高速スキャン」実験とも呼ばれるこの事前実験は、回折画像の完全なセットを迅速に収集することを可能にし、使用されるシステムおよび結晶の対称性に応じて完全な実験に必要とされる適切な露出時間およびデータのタイプを決定するために十分な情報を提供する。

事前実験中、結晶性試料が、条件付けられたＸ線ビームによって照射され、結晶性化合物によって散乱されたＸ線回折の強め合う干渉が、反射としてＸ線検出器によって取り込まれる。「高速スキャン」という表現は、結晶性化合物が移動される角速度を、また各フレームに使用される露出時間を指す。Ｘ線検出器は回折画像を取り込む間、結晶性化合物は、回転軸またはスキャン軸周りで移動される。たとえば、結晶試料は、ファイ軸周りで０．２秒から約３秒の間（または０．３と５秒／度の間）の角速度で回転させることができる。スキャン軸は、一般に、当技術分野でファイ軸として知られるゴニオメータのスピンドルまたは最上部の軸に対応する。結晶をオメガ軸周りで移動することも可能である。Ｘ線検出器のデッドタイムなし、シャッタなしの捕捉モードを利用して、事前実験は、データの完全な、または実質的に完全な球の収集を、かなり迅速に、好ましくは５分未満で可能にする。事前実験は、典型的には単回のスキャンで行われるが、単回のスキャンではデータの完全なレシプロカルスフィアを収集することができない場合、たとえば、ゴニオメータの構成によりそれができない場合、または事前実験がオメガスキャンを使用して行われる場合、完全な第１のデータセットを収集するために２回のスキャンを行うことも可能である。

再び図３を参照すると、ステップ３０２で、事前実験は、主実験に使用されることになる最適なパラメータを決定することも可能にする。これらのパラメータは、たとえば、各フレームに使用されることになる露出時間、またはスキャン軸周りでの試料の角速度／回転速度を含むことができる。一部の化合物は、他の化合物より多くＸ線を回折するので、露出時間および／またはスキャン幅は、各実験について調整されることを必要とする。事前実験中に収集されたデータセットを使用し、当業者には明らかなように、事前実験からの反射の強度分布を解析することによって、所与の化合物について主実験露出時間を決定することができる。したがって、主実験パラメータを決定するために、反射強度の粗い積算が行われる。たとえば、事前実験を使用し、主実験を最適化するために、単位セルパラメータ、モザイク性、ブラベクラス、および／またはｌ／ｓｉｇｍａ（ｌ）分布を決定することができる。主実験パラメータを決定すること、ならびに回折画像の完全なセットを収集することを可能にする単回の事前実験を行うことがより効率的であるが、２回の異なる事前実験、すなわちデータ収集パラメータを決定するための１回、および超過反射置換えのための１回を行うことも可能であることに留意されたい。

パラメータが決定された後で、流れ図におけるステップ３０４に対応する主実験を行うことができる。事前実験の場合のように、ゴニオメータが結晶試料を入射Ｘ線ビームおよび検出器に対して回転させている間、結晶性化合物がＸ線で照射される。しかし、このときは、結晶が事前実験中よりゆっくり、概して１秒未満、または１フレーム当たり１秒超で回転される。したがって、主実験中に収集されるデータセットは、事前実験のものより高いｌ／ｓｉｇｍａ（ｌ）を有する強度情報を提供する。換言すれば、主実験における反射は、事前実験のものに対して高い強度を有する。

従来技術のＸ線回折実験とは対照的に、ステップ３０４は、中断なしに、すなわち飽和画素が存在するか否か検証するために取り込まれた画像を同時に解析する必要なしに行われる。前述のように、従来技術は、飽和画素が画像内に検出されたとき、（ビーム減衰器を使用して、または露出時間を短縮することによって）より低い強度を有する新しい画像を取り込むために、実験が停止されることを必要とした。

原子分解能のＸ線回折実験を行うことは、完全なセットの強度データを収集するために、いくつかのランを行うことを必要とし得ることは理解されよう。結晶の対称性および所望の分解能に応じて、データの多数のランを収集する必要がある。各ランは、完全なレシプロカルスフィアの一部分を提供する。ゴニオメータの構成によりゴニオメータの構成要素のいくつかと干渉することなしに完全なスキャンを行うことはできないので、いくつかのランを実施することがしばしば必要である。また、特定の場合によっては、試料の対称性に応じて、結晶性化合物の部分的なスキャンによりデータの完全なセットを提供することができることを理解されたい。データのセットは、逆格子空間の非対称単位の完全な内容が測定されたとき「完全」である。逆格子空間の非対称単位は、空間群点対称に反転中心を加えたもの、いわゆるラウエ対称によって定義される。データセットの完全性は、通常、観察されたデータのパーセンテージとしてレポートされ、９５％完全であるデータセットが、一般に「データの完全なセット」と考えられる。

データの完全なセットが主実験から得られたとき、画像の第２のセット内の検出器飽和に由来する超過反射の強度データは、画像の第１のセットからの対応する反射の強度データと置き換えられる（ステップ３０６）。換言すれば、（第２の実験すなわち主実験中に収集された）画像の第２のセットからの超過反射の強度が、（事前実験から得られた）画像の第１のセットからの対応する反射について得られた強度と置き換えられる。

好ましくは、第１のステップは、流れ図のステップ３０８に従って、事前実験および主実験からの第１のデータセットおよび第２のデータセットをそれぞれ使用して、それぞれの反射の各反射の強度（「一体強度」とも呼ばれる）を決定することである。第１のデータセットおよび第２のデータセットからの強度を共に積算することがより効率的であるが、事前実験を完了した後、第１／事前実験データセットからの強度を積算することが可能である。第１／事前実験データセットからの、および第２／主実験データセットからの反射強度を積算することは、既存のソフトウェアツールで実施され、背景強度の減算、より弱い強度についての最小二乗プロファイルフィッティング、および他の知られている補正処理などのステップを含む。

次のステップは、超過反射の強度データを廃棄することにある（ステップ３１０）。事前実験はより速い角速度で実施されるので、所与の反射についての強度は、主実験におけるより事前実験において小さいことになり、事前実験中データセット内の超過画素はありそうにない。対照的に、主実験はより遅い角速度（またはより長い露出時間／画像）で行われるので、飽和画素が現れ得る。この場合、飽和画素からのデータは、信頼できないため廃棄される。反射の画素が、この反射について取り込まれた画像すべてで飽和している場合には、その反射について信頼できるデータはなく、その反射は、データのセット内で欠けていることになる。試料の対称性に応じて、反射は、実験中に複数回生じ、観察することができる。換言すれば、反射は、回折画像のいくつかでは飽和して、しかし他の回折画像では不飽和として現れ得る。反射がいくつかの画素またはすべての画素が飽和した状態で現れる場合には、反射がこのように生じた一体強度は廃棄される。

次にステップ３１２を参照すると、事前実験データおよび主実験データから積算された強度は、事前実験からの反射を主実験からの反射と置き換えて使用することができるように共にスケーリングされる。第１の実験から決定された強度は、第２の実験から得られた強度に対してスケーリングおよび正規化される。事前実験の反射を主実験の反射でスケーリングすることは、２つの実験における異なる実験条件を考慮するために必要である。事前実験の露出時間は、主実験に使用された露出時間よりはるかに短いので、事前実験からの所与の反射について得られた強度は、主実験における同じ反射についての強度よりはるかに小さいことになる。使用するために適正な倍率を決定するために、両実験データセット内に現れる反射についての強度データが使用される。事前実験および主実験の強度をスケーリングおよび正規化するために、既存のソフトウェアツールが使用される。

理解することができるように、第１／事前実験の一体強度を第２／主実験の強度と共にスケーリングすることにより、主実験からの欠けている超過した反射が、事前実験からの対応する反射で置き換えられる。有利には、「高速スキャン」反射が連続的なデータセットから得られ、これは、回折画像の第２のセット内で超過反射として現れる反射の強度を決定するために容易かつ確実に換算され得る。さらに、高速スキャン置換え反射についての強度は、実際の実験ランにおいて飽和した反射に対応するので、信頼できるものでもある。換言すれば、主実験からの超過反射は、高い信頼性で強度が決定される高速スキャン反射で置き換えられる。

この方法のステップ３１４では、事前実験からの強度データの一部またはすべてが廃棄される（すなわち、使用されない）。場合によっては、欠けているまたは超過反射と置き換えて使用された事前実験の反射だけ持ち続けると判断してもよい。なぜなら、残りの反射は、普通なら最終出力データのデータ品質を損なうはずであるからである。他の場合には、より大きな割合の事前実験データを、最終出力データ内で持ち続けることができる。すなわち、所与の閾値未満の強度データが廃棄されることになり、より強い強度が持ち続けられることになる。閾値は、たとえば、最小のｌ／ｓｉｇｍａ（ｌ）値とすることができる。最終出力内で事前実験データのいくつかを持ち続けることにより、たとえば異なる原子間の距離など、結晶構造に関係する特性のいくつかの不確実性を低減することができる。最終出力データ内で事前実験の反射の一部またはすべてを持ち続けるか廃棄するかは、Ｘ線源のタイプ、検出器のタイプ、および調査される試料などの要因によって左右される。

最後に、流れ図のブロック３１６によって示されているように、この方法の得られる出力データは、調査される結晶試料によって回折されるそれぞれの個々の反射について強度値を提供する。換言すれば、この方法は、結晶性試料の構造を決定するために、逆フーリエ変換を適用することができる反射強度の完全なセットを提供し、各反射は、フーリエ変換の係数に対応する。

理解することができるように、本発明は、実験セットアップのダイナミックレンジを増大することを可能にするだけでなく、事前実験中に収集されたデータを超過反射のための置換えデータとして使用することによって実験時間全体をも短縮する。したがって、事前実験は、主たる最適化された、より高い分解能の実験に使用されることになるデータ収集パラメータを決定することを可能にするだけでなく、より高い分解能の実験の超過反射のための置換えデータをも提供する。

本発明の別の利点は、反射が生じる前後に取り込まれる強度情報を使用することによって、完全な反射の回復を可能にすることである。実際、反射は多数の画像に及び、反射についての強度データを置き換えることによって、いくつかの画像からの情報が使用される。対照的に、超過反射を扱う従来の方法は、単一の画像の収集に依拠しており、そこからいくつかの不飽和画素が、別の実験からの飽和画素と置き換えて選ばれる。

当業者なら、本明細書に記載の本発明の様々な実施形態のステップが、典型的には、データプロセッサによって、サンプリングおよびデータ収集手順の一部として実施されることになることを理解するであろう。したがって、システムは、所望の基準、およびそこに適正に位置する試料結晶と共にセットアップされた後で、典型的には、ユーザによる手動の介入を必要とすることなしに、データ収集および積算およびスケーリングプロセスを実施することができる。

本発明の好ましい実施形態について、本明細書に詳細に記載され、添付の図面に例示されているが、本発明は、これらのまさにその実施形態に限定されないこと、および本発明から逸脱することなしに様々な変更および修正が行われることが理解される。

Claims (21)

1. 結晶試料の構造を決定するためのＸ線回折ベースの解析の方法であって、
   ａ）前記試料がＸ線ビームで照射され、回折画像の第１のセットがＸ線検出器によって収集される第１の実験を行うステップであって、前記回折画像は、対応する強度の反射を含む、該ステップと、
   ｂ）前記試料がＸ線ビームで照射され、回折画像の第２のセットが収集される第２の実験を行うステップであって、前記第２のセットの前記回折画像は、前記第１の実験中に作り出された相対強度より高い相対強度を有する前記反射を含み、前記第２のセットの前記回折画像の少なくともいくつかは、検出器飽和に由来する超過反射を含む、該ステップと、
   ｃ）画像の前記第２のセットからの前記超過反射の強度を、画像の前記第１のセットからの対応する反射について得られた強度で置き換えるステップと
   を具えたことを特徴とする方法。
2. 前記第２の実験を行うときの前記結晶試料の回転速度は、前記第１の実験に使用される回転速度より低いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の実験中に前記回折画像を取り込むときの前記Ｘ線検出器の露出時間は、前記第１の実験に使用される露出時間より長いことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第１の実験は事前実験であり、前記第２の実験は主実験であり、前記事前実験は、前記主実験に先だって行われることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
5. 前記主実験を行うための実験パラメータを決定するために、前記事前実験からの画像の前記第１のセットを処理するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. ステップｃ）は、超過反射の強度データを廃棄するステップを含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
7. ステップｃ）は、前記第１の実験および前記第２の実験からの前記反射のそれぞれについて強度を決定するステップを含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
8. ステップｃ）は、前記第１の実験から決定された前記強度を前記第２の実験から決定された前記強度に対してスケーリングおよび正規化するステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 超過反射以外の反射について前記第１の実験から決定された前記強度の少なくともいくつかを使用するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
10. 超過反射以外の反射について前記第１の実験から決定された前記強度の少なくともいくつかを廃棄するステップを含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
11. 前記第１の実験からの前記強度のいくつかを廃棄するステップは、閾値に基づいて行われることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 回折画像の前記第１のセットは、前記結晶試料の単回のスキャン中に収集され、一方、回折画像の前記第２のセットは、前記結晶試料のいくつかのスキャン中に収集されることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の方法。
13. ステップａ）において、回折画像の前記第１のセットは、前記結晶試料を１秒当たり０．２度と３度の間の角速度で回転させている間に収集されることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の方法。
14. ステップｂ）において、回折画像の前記第２のセットは、前記結晶試料を１秒当たり１度以下の角速度で回転させている間に収集されることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の方法。
15. ステップａ）において、回折画像の前記第１のセットおよび前記第２のセットを収集することは、前記結晶試料をゴニオメータのファイ軸周りで回転させることによって行われることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の方法。
16. 結晶試料の構造を決定するためのＸ線回折ベースの解析の方法であって、
    ａ）事前実験中、前記結晶試料を入射Ｘ線ビームで照射し、ダイナミックレンジを有するＸ線検出器で回折画像の第１のセットを収集するステップであって、回折画像の前記第１のセットは、前記結晶試料によって回折された反射の強度データを提供する、該ステップと、
    ｂ）主実験を行うために前記事前実験からデータ収集パラメータを決定するステップと、
    ｃ）前記主実験中、前記結晶試料を入射Ｘ線ビームで照射し、前記反射のより高い強度データを提供する回折画像の第２のセットを収集するステップと、
    ｄ）回折画像の前記第１のセットおよび前記第２のセットからの反射の強度を決定するステップと、
    ｅ）前記検出器のダイナミックレンジを越えて延びる、回折画像の前記第２のセットと共に取り込まれた超過反射を廃棄するステップと、
    ｆ）回折画像の前記第１のセットからの前記強度を回折画像の前記第２のセットからの強度に対してスケーリングするステップであって、前記事前実験からの強度が、前記主実験からの前記廃棄された超過反射の強度に置き換わる、該ステップと
    を具えたことを特徴とする方法。
17. ステップｂ）は、前記結晶試料の単位セルパラメータ、モザイク性およびブラベクラスのうちの少なくとも１つを決定するステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. ステップｂ）は、強度の分布をシグマ比（ｌ／ｓｉｇｍａ（ｌ））の値まで決定するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. ステップｂ）は、前記Ｘ線検出器のための時間露出、および／または前記結晶試料の角速度を決定するステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
20. 所与の閾値を下回る回折画像の前記第１のセットから導出された強度を廃棄するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６ないし１９のいずれか１つに記載の方法。
21. ステップｆ）は、画像の両セット内で観察された反射の強度に基づいて決定される倍率を使用するステップを含むことを特徴とする請求項１６ないし２０のいずれか１つに記載の方法。

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