[发明专利]连续旋转旋进电子衍射断层扫描的方法

说明书

三维电子衍射已逐渐成为人们探索微观世界的强有力的工具，本文中，我们展示了一种新的三维电子衍射数据收集方法，命名为连续旋转旋进电子衍射断层扫描（Continuous Precession Electron Diffraction Tomography,cPEDT），该方法是旋进电子衍射断层扫描（Precession Electron Diffraction Tomography,PEDT）与连续旋转电子衍射（Continuous Rotation Electron Diffraction,cRED）的结合。使用cPEDT的方法，可以避免PEDT方法中步进式的过程引入的不必要的电子剂量，同时利用cPEDT收集到的数据也可以进行动力学精修从而确定材料的精确结构。该方法可以促进三维电子衍射在一些电子束敏感材料上的应用，如，金属‑有机框架材料（Metal‑Organic Frameworks,MOFs）、共价有机框架材料（Covalence Organic Frameworks,COFs）及一些有机物、无机物晶体等。

技术领域

本发明涉及使用电子显微镜通过连续旋转旋进电子衍射来确定晶体的晶体结构的方法，该电子方法使用电子束来照射晶体，该方法步骤：

1.提供其中具有一种或更多晶体的样品，

2.识别样品上待分析的晶体，

3.打开旋进装置，并确认旋进角度

4.电镜发射电子束，连续旋转晶体并记录晶体的衍射图案

5.通过分析纪录的衍射图案来确定晶体结构。

背景技术

固体物质的状态可分为晶态(或称晶体)和非晶态(或称无定型态、玻璃体等) 两大类。晶态物质(晶体)中的分子、原子或离子在三维空间呈周期性有序排列，其最小的重复单元称做晶胞，为一个由三个轴长a、b、c，和三个夹角α、β、γ(晶胞参数)定义的平行六面体。

三维电子衍射法是针对检测晶态化合物三维立体结构信息的分析方法，它可独立完成对晶体化合物的结构分析、共晶/溶剂合物/水合物/成盐的成分组成及比例分析。使用三维电子衍射方法来测定晶体的结构，其基本理论是建立在X射线晶体学理论的基础上。其实验方法、数据处理方法也与X射线衍射方法密切相关。但是三维电子衍射法对晶体的质量与尺寸大小要求相比于X射线所需小得多，仅需要微米、纳米级的晶体，即可在电子透射显微镜下得到可用的衍射数据。

PED技术的原理是先将电子束通过上偏转线圈倾斜一定角度作圆锥面旋转，始终保持照射样品在同一区域，然后电子束再通过下偏转线圈同步反向倾斜使得衍射花样能够固定不动。如此操作弱化了电子在样品中多重散射的影响，使得电子衍射强度接近以运动学预测的强度，显著提高了电子衍射数据的质量。

旋进电子衍射断层扫描(Precession Electron Diffraction Tomography,PEDT)。在每次测角台旋转一定角度后，收集一张旋进电子衍射图，通过每张衍射图之间的角度关系，重构出晶体的三维倒易空间衍射点阵，进而获得其结构。此衍射数据可进一步使用基于动力学理论的结构精修(动力学精修)，确定如氢原子位置、分子绝对构型等结构细节。然而在调整晶体旋转角度需要时间调试，其间样品持续被电子照射，引入大量不用于衍射的电子剂量，在数据收集的后期，样品就可能受到大量的辐照损伤，从而导致数据质量降低，无法确定结构。

为了解决PEDT有大量不必要电子剂量的问题，连续旋转电子衍射(ContinuousRotation Electron Diffraction,cRED)结合基于X射线衍射连续旋转晶体的原理，当晶体在显微镜下连续旋转时，不同旋转角度下的电子衍射数据一帧帧地被收集，因此所有电子剂量都用于衍射数据的收集，可以快速地在极低的总剂量(以下)完成数据收集，保证样品在遭到电子束损伤前即收集完衍射数据。但cRED无法进行动力学精修，样品的精细结构无法确定。

发明内容