一。引言
　　X射線(xiàn)單晶體衍射儀的英文名稱(chēng)是X-ray single crystal diffractometer，簡(jiǎn)寫(xiě)為XRD.本儀器分析的對(duì)象是一粒單晶體，如一粒砂糖或一粒鹽。在一粒單晶體中原子或原子團(tuán)均是周期排列的。將X射線(xiàn)（如Cu的Kα輻射）射到一粒單晶體上會(huì)發(fā)生衍射，由對(duì)衍射線(xiàn)的分析可以解析出原子在晶體中的排列規(guī)律，也即解出晶體的結(jié)構(gòu)[1].物質(zhì)或由其構(gòu)成的材料的性能是與晶體的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的，如金剛石和石墨都是由純的碳構(gòu)成的，由于它們的晶體結(jié)構(gòu)不同就有著截然不同的性質(zhì)。
　　二。X射線(xiàn)單晶體衍射儀測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)的原理和儀器構(gòu)造[2，3]
　�。ㄒ唬┚�體衍射的基本公式
　　由于晶體中原子是周期排列的，其周期性可用點(diǎn)陣表示。而一個(gè)三維點(diǎn)陣可簡(jiǎn)單地用一個(gè)由八個(gè)相鄰點(diǎn)構(gòu)成的平行六面體（稱(chēng)晶胞）在三維方向重復(fù)得到。一個(gè)晶胞形狀由它的三個(gè)邊（a，b，c）及它們間的夾角（γ，α，β）所規(guī)定，這六個(gè)參數(shù)稱(chēng)點(diǎn)陣參數(shù)或晶胞參數(shù)，見(jiàn)圖1.這樣一個(gè)三維點(diǎn)陣也可以看成是許多相同的平面點(diǎn)陣平行等距排列而成的，這樣一族平面點(diǎn)陣稱(chēng)為一個(gè)平面點(diǎn)陣族，常用符號(hào)HKL（HKL為整數(shù)）來(lái)表示。一個(gè)三維空間點(diǎn)陣劃分為平面點(diǎn)陣族的方式是很多的，其平面點(diǎn)陣的構(gòu)造和面間距d可以是不同的，見(jiàn)圖1.晶體結(jié)構(gòu)的周期性就可以由這一組dHKL來(lái)表示。
　　圖1  代表結(jié)晶體周期性的點(diǎn)陣一個(gè)小晶體衍射X射線(xiàn)，其衍射方向是與晶體的周期性（d）有關(guān)的。一個(gè)衍射總可找到一個(gè)晶面族HKL，使它與入射線(xiàn)在此面族上符合反射關(guān)系，就以此面族的符號(hào)HKL作為此衍射之指數(shù)。其間關(guān)系用布拉格方程（式1）來(lái)表示。
　　       2d_HKLsinθ_HKL=nλ                   （1）
　　式中，θHKL為入射線(xiàn)或反射線(xiàn)與晶面族之間的夾角（見(jiàn)圖2），λ為入射X射線(xiàn)波長(zhǎng)，n為反射級(jí)數(shù)�！　　　　　　　　　�
　　圖2    布拉格反射示意圖衍射線(xiàn)的強(qiáng)度是與被重復(fù)排列的原子團(tuán)的結(jié)構(gòu)，也即和原子在晶胞中的分布裝況（坐標(biāo)）有關(guān)，其間的關(guān)系由方程式（2）表示（2）
　　式中， E稱(chēng)為累積能量，I0為入射線(xiàn)強(qiáng)度，e， m為電子的電荷與質(zhì)量，c為光速，λ為X射線(xiàn)波長(zhǎng)，Vu為晶胞體積，稱(chēng)洛侖茲偏振（LP）因子，|F|為結(jié)構(gòu)振幅，e-2MT為溫度因子，A為吸收因子，V為小單晶體的體積，ω為樣品的轉(zhuǎn)速，其中結(jié)構(gòu)因子==|F_HKL|e^iαHKL        （3）
　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　式中，f_j, x_j,y_j,z_j  分別為第j個(gè)原子的原子散射因子及它在晶胞中的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)（以晶胞邊長(zhǎng)為1）。n
為晶胞中的原子數(shù)。α_HKL為HKL衍射的相角。從此式可知衍射線(xiàn)強(qiáng)度是與各原子在晶胞中的位置（即結(jié)構(gòu)）有關(guān)的，故反過(guò)來(lái)可從衍射線(xiàn)強(qiáng)度的分析解出晶胞中各原子的位置，即晶體結(jié)構(gòu)。其方法是 （4）
　　通過(guò)晶胞中的電子密度ρ（x，y，z）的計(jì)算。
　　故若知各衍射的F_HKL， 就可按（4）式計(jì)算晶胞的三維電子密度圖。原子所在處電子密度應(yīng)該很高，故依此可定出原子在晶胞中位置，得出晶體結(jié)構(gòu)。但是從衍射強(qiáng)度獲得的是結(jié)構(gòu)振幅|F|，|F|與F之間的關(guān)系見(jiàn)式（3）。如何求得各HKL衍射的相角αHKL就成為X射線(xiàn)單晶衍射解晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。
　　（二）對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求和實(shí)驗(yàn)儀器
　　1.對(duì)實(shí)驗(yàn)的基本要求：要按式（4）來(lái)求解晶體結(jié)構(gòu)，就要有盡可能多的衍射的FHKL，而且其值要準(zhǔn)確， 這樣所得的ρ（x，y，z）分辯率就高，求得的結(jié)構(gòu)就準(zhǔn)確。一粒小晶體衍射的X射線(xiàn)是射向整個(gè)空間的。具有大的HKL，也即大θ或小d值的衍射的強(qiáng)度一般比較低，不易測(cè)得。如何在三維空間測(cè)得盡可能多的，盡可能準(zhǔn)確的衍射線(xiàn)強(qiáng)度成為對(duì)X射線(xiàn)單晶體衍射儀的基本要求。
　　2.實(shí)驗(yàn)儀器若將一束單色X射線(xiàn)射到一粒靜止的單晶體上，入射線(xiàn)與晶粒內(nèi)的各晶面族都有一定的交角θ，其中只有很少數(shù)的晶面能符合布拉格公式而發(fā)生衍射。如何才能使各晶面族都發(fā)生衍射呢？最常用的方法就是轉(zhuǎn)動(dòng)晶體。轉(zhuǎn)動(dòng)中各晶面族時(shí)刻改變著與入射線(xiàn)的交角，會(huì)在某個(gè)時(shí)候符合布拉格方程而產(chǎn)生衍射。目前常用的收集單晶體衍射數(shù)據(jù)的方法，一為回?cái)[法，二為四圓衍射儀法。
　　（１）回?cái)[法：
　　回?cái)[法的裝置如圖3，樣品的轉(zhuǎn)軸垂直于入射單色X射線(xiàn)，圍繞轉(zhuǎn)軸安裝園筒狀底片或在晶體后方，垂直于入射線(xiàn)安裝平板底片。若晶體的某一晶軸（如a或b， c）與轉(zhuǎn)軸平行，則在園筒狀底片上會(huì)出現(xiàn)平行直線(xiàn)，平板底片則出現(xiàn)上下對(duì)稱(chēng)的雙曲線(xiàn)。若讓晶體在一個(gè)不大的角度范圍（如10）內(nèi)做擺動(dòng)，則能產(chǎn)生的衍射數(shù)量不多，衍射點(diǎn)不會(huì)重疊。使擺動(dòng)范圍連續(xù)變動(dòng)，一套完整的衍射數(shù)據(jù)需由一套（如幾十張）擺動(dòng)照片組成，其數(shù)量與晶體的對(duì)稱(chēng)性有關(guān)。
　　圖3回?cái)[法裝置構(gòu)造示意圖。
　　回?cái)[法是一種早就發(fā)明的衍射方法，它的記錄介質(zhì)過(guò)去用的是照相底片，很不方便，因此用得不多。二十世紀(jì)九十年代發(fā)展出一種稱(chēng)為影象板（image-plate IP）的記錄介質(zhì)，由于其靈敏度高，記錄的強(qiáng)度準(zhǔn)確，且使用方便，實(shí)驗(yàn)時(shí)間短，獲得了推廣，應(yīng)用到回?cái)[法，使回?cái)[法獲得新生， 成為測(cè)定單晶體結(jié)構(gòu)的主要方法。以后又出現(xiàn)了新型探測(cè)器電荷偶合器件（charge-couple device CCD），其性能在一些方面更優(yōu)于IP，有成為主要探測(cè)器的趨勢(shì)。
　�。ǎ玻�   四圓衍射儀法
　　儀器構(gòu)造示意于圖4.常用閃爍計(jì)數(shù)器作探測(cè)器。入射光和探測(cè)器在一個(gè)平面內(nèi)（稱(chēng)赤道平面）， 晶體位于入射光與探測(cè)器的軸線(xiàn)的交點(diǎn)，探測(cè)器可在此平面內(nèi)繞交點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，因此只有那些法線(xiàn)在此平面內(nèi)的晶面族才可能通過(guò)樣品和探測(cè)器的旋轉(zhuǎn)在適當(dāng)位置發(fā)生衍射并被記錄。如何讓那些法線(xiàn)不在赤道平面內(nèi)的面族也會(huì)發(fā)生衍射并能被記錄呢？辦法是讓晶體作三維旋轉(zhuǎn)，有可能將那些不在赤道平面內(nèi)的晶面族法線(xiàn)轉(zhuǎn)到赤道平面內(nèi)，讓其發(fā)生衍射，四圓衍射儀正是按此要求設(shè)計(jì)的。圖4（a），（b）為按上述原理設(shè)計(jì)的，構(gòu)造上略有不同的兩種四圓衍射儀。此法曾經(jīng)是二十世紀(jì)八，九十年代的主要實(shí)驗(yàn)方法。此衍射儀的特點(diǎn)是用閃爍計(jì)數(shù)器逐點(diǎn)記錄各衍射，因此比較費(fèi)時(shí)，常常需要幾天甚至超過(guò)一個(gè)星期的時(shí)間。以后，他不能適應(yīng)生物大分子要求快速記錄衍射數(shù)據(jù)的要求，IP、 CCD的出現(xiàn)，快捷的回?cái)[法就逐漸取代他成為測(cè)定生物大分子結(jié)構(gòu)的主要工具。四圓衍射儀法在小分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定中還有一定應(yīng)用。
　　圖4.四圓衍射儀的構(gòu)成示意圖　
　　二。衍射數(shù)據(jù)的處理——晶體結(jié)構(gòu)的解析
　　（一）一般步驟
　　1.  選擇大小適度，晶質(zhì)良好的單晶體作試樣， 收集衍射數(shù)據(jù)。
　　2.  指標(biāo)化衍射圖，求出晶胞常數(shù)，依據(jù)全部衍射線(xiàn)的衍射指標(biāo)，總結(jié)出消光規(guī)律，推斷晶體所屬的空間群。
　　3.  將測(cè)得的衍射強(qiáng)度作吸收校正，LP校正等各種處理以得出結(jié)構(gòu)振幅|F|. 4.  相角和初結(jié)構(gòu)的推測(cè)。常用推測(cè)相角的方法有派特遜函數(shù)法及直接法。
　　派特遜函數(shù)的定義為：（5）
　　從派特遜圖上可以比較容易地得到晶體中所含重原子的位置坐標(biāo)，可依此計(jì)算各衍射的相角αHKL，將此αHKL去與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的結(jié)構(gòu)振幅|FHKL|結(jié)合生成FHKL，可據(jù)此計(jì)算電子密度圖，可以定出更多原子的原子位置及修正已有的原子位置。再利用這些數(shù)據(jù)重新計(jì)算αHKL、FHKL及ρ（x，y，z），如此反復(fù)疊代多次推出完整的晶體結(jié)構(gòu)。
　　直接法是利用結(jié)構(gòu)振幅間的某些統(tǒng)計(jì)關(guān)系求出衍射相角的方法。在求出某些衍射的相角αHKL以后，把他們?nèi)ヅc實(shí)驗(yàn)測(cè)得的|FHKL|配合生成FHKL，進(jìn)而計(jì)算ρ（x，y，z），從中獲得部分原子的位置，從此修正和擴(kuò)充已有的相角，如派特遜那樣反復(fù)疊代以得出完整的結(jié)構(gòu)。
　　5.結(jié)構(gòu)的精修。由派特遜函數(shù)或直接法推出的結(jié)構(gòu)是較粗糙和可能不完整的，故需要對(duì)此初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善和精修。常用的完善結(jié)構(gòu)的方法稱(chēng)為差值電子密度圖，常用的精修結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法是最小二乘方法，經(jīng)過(guò)多次反復(fù)，最后可得精確的結(jié)構(gòu)。同時(shí)需計(jì)算各原子的各向同性或各向異性溫度因子及位置占有率等因子。　　
　　最終所得結(jié)果的優(yōu)劣常用吻合因子R來(lái)衡量式中，w為權(quán)重因子，下標(biāo)o，c表示實(shí)測(cè)值，計(jì)算值。
　　6.  結(jié)構(gòu)的表達(dá)：在獲得精確的原子位置以后，要把結(jié)構(gòu)完美的表達(dá)出來(lái)，這包括鍵長(zhǎng)鍵角的計(jì)算，繪出分子結(jié)構(gòu)圖和晶胞圖，并從其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)探討某些可能的性能。
　�。ǘ�）生物大分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定[4]
　　生物大分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定，從原理上講與小分子（無(wú)機(jī)物，有機(jī)物，配合物等）無(wú)異，但由于分子大也帶來(lái)一定的特殊性，需要有一些不同于小分子的方法。
　　大分子的特點(diǎn)是分子量大，原子多，但原子序數(shù)小， 多數(shù)是C，H，O，N等輕元素，故散射能力低，不易收集到高角的衍射點(diǎn)，這會(huì)使電子密度圖的分辨率降低。還因他晶胞大，所含原子數(shù)目多，需確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)就多，這與分辨率低有矛盾。另外，大分子晶體在X射線(xiàn)的照射下易于損壞，如何縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間也成為一個(gè)重要問(wèn)題。
　　大分子由于分子量大，要求使用較大體積的單晶體，如對(duì)于分子量為5000的蛋白質(zhì)分子，就要有大于0.3mm3的單晶體。但因其分子大，結(jié)晶就困難，而且很易結(jié)晶成孿晶，這不合用。得到合用的晶體是整個(gè)大分子結(jié)構(gòu)測(cè)定中關(guān)鍵的一步，常說(shuō)有了良好的晶體，結(jié)構(gòu)測(cè)定一半的問(wèn)題已解決了。
　　一般用回?cái)[法收集衍射數(shù)據(jù)，用IP或CCD作探測(cè)器，可以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)完成數(shù)據(jù)收集工作。
　　關(guān)于相角問(wèn)題，在解小分子結(jié)構(gòu)中目前最常使用的直接法還不能用于大分子，而派特遜法，由于大分子缺少重原子也無(wú)法使用。目前是用基于派特遜法的幾個(gè)方法來(lái)解決相角問(wèn)題的。
　　（1）分子取代法：有時(shí)， 幾個(gè)不同的生物大分子是由相同的結(jié)構(gòu)單位以不同方式連接而成的； 同一種生物大分子如在不同的條件中結(jié)晶，有可能得到不同的結(jié)晶，是為多結(jié)晶現(xiàn)象； 還有些生物分子，他們是由共同的分子祖先進(jìn)化而得， 因此其中有相當(dāng)部分是相同的。 對(duì)于這些類(lèi)的生物分子，他們的派特遜圖常有很大的相似性。 因此，在求解某生物大分子結(jié)構(gòu)時(shí)，如能找到與他有類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)已測(cè)定的生物大分子結(jié)構(gòu)時(shí)，則可按最大重疊原理找出待測(cè)物和已知物的派特遜圖之間的關(guān)系， 從而得出未知物衍射的位相，進(jìn)而解出結(jié)構(gòu)。若已知物和待測(cè)物是同晶化合物，則可利用差值電子密度圖來(lái)解出結(jié)構(gòu)，更為簡(jiǎn)單。
　　若在已知結(jié)構(gòu)的大分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)中找不到與待測(cè)物有類(lèi)似結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)時(shí)，就不能使用此法，要使用以后的方法。
　�。�2）重原子同晶置換法：這種方法是設(shè)法把對(duì)X射線(xiàn)散射能力大的重金屬原子，如Hg，Pb，Se等引入生物分子中，作為標(biāo)識(shí)原子。這種置換入重原子的大分子應(yīng)與無(wú)重原子時(shí)的原晶體有相同的晶胞參數(shù)和空間群，且絕大多數(shù)原子的位置相同，故稱(chēng)同晶置換。從這些含重原子晶體的衍射數(shù)據(jù)，利用基于派特遜法的方法可解出重原子的位置，據(jù)此算出其結(jié)構(gòu)因子和相角，進(jìn)而利用相角關(guān)系計(jì)算出沒(méi)有重原子的原晶體的相角，解出結(jié)構(gòu)。
　　經(jīng)常使用不只一種重原子進(jìn)行置換，以得幾種同晶置換衍生物， 稱(chēng)多對(duì)同晶置換法。同晶置換衍生物越多， 可正確定出的相角也越多。
　�。�3）反常散射法晶體衍射中有一條弗里德耳定律， 就是說(shuō)不論晶體中是否存在對(duì)稱(chēng)中心，在晶體衍射中總存在著對(duì)稱(chēng)中心，也即有FHKL=FHKL.但是當(dāng)使用的X射線(xiàn)波長(zhǎng)與待測(cè)樣品中某一元素的吸收邊靠近時(shí)，就不遵從上述定律，也即FHKL≠FHKL.這是由電子的反常散射造成的， 利用這一現(xiàn)象可以解決待測(cè)物的相角問(wèn)題。 一般， 這一方法常與重原子同晶置換法結(jié)合使用。
　　在收得同晶置換物的衍射數(shù)據(jù)后， 改變?nèi)肷渚�(xiàn)波長(zhǎng)至靠近重原子的吸收邊處，再次收集數(shù)據(jù)，這套數(shù)據(jù)是存在反常散射的，可利用這兩套數(shù)據(jù)來(lái)求位相。有如多同晶置換法，如采用幾個(gè)不同波長(zhǎng)的X射線(xiàn)，對(duì)所含不同元素收集幾套反常散射數(shù)據(jù)，則可得更正確、更完整的相位信息，是為多波長(zhǎng)反常衍射法（MAD），是目前解分子生物大分子的重要方法。實(shí)驗(yàn)室X射線(xiàn)光源不易使用這一方法， 因要改變X射線(xiàn)波長(zhǎng)是很困難的，而對(duì)于同步X射線(xiàn)光源， 改變波長(zhǎng)是相當(dāng)方便的， 因此常被使用�！�
　　四。應(yīng)用
　　晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定對(duì)學(xué)科的發(fā)展、物體性能的解釋、新產(chǎn)品的生產(chǎn)和研究等方面都有很大的作用，其應(yīng)用面很寬，不能盡述，略談幾點(diǎn)如下：
　�。ㄒ唬�。晶體結(jié)構(gòu)的成功測(cè)定，在晶體學(xué)學(xué)科的發(fā)展上起了決定的作用。因?yàn)樗麑⒕�體具有周期性結(jié)構(gòu)這一推測(cè)得到了證實(shí)，使晶體的許多特性得到了解釋?zhuān)喝缇�體能自發(fā)長(zhǎng)成多面體外形（自范性），如立方體的食鹽、六角形的水晶等，又如晶體各種物理性質(zhì)（光性，導(dǎo)熱性等）的各向異性和對(duì)稱(chēng)性等等。晶體學(xué)的發(fā)展有了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　�。ǘ�）。礦物學(xué)中曾有不少礦物的元素構(gòu)成很接近，但他們的性質(zhì)相差很遠(yuǎn)（如石墨和金剛石都是碳，還如一些硅酸鹽），而有的礦物其物理或化學(xué)性質(zhì)相近，但其元素組成又很不相同（如云母類(lèi)礦物等），使人困惑。晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定使性能的異同從結(jié)構(gòu)上得到了合理的解釋。如石墨因是層狀結(jié)構(gòu)，層間結(jié)合力差，故較軟，而金剛石為共價(jià)鍵形成的骨架結(jié)構(gòu)，故結(jié)合力強(qiáng)，無(wú)薄弱環(huán)節(jié)， 成為最硬的材料。
　�。ㄈ�）。人類(lèi)和疾病作斗爭(zhēng)，總離不開(kāi)藥物。原始的藥物是天然產(chǎn)物，動(dòng)植物或礦物。以后隨著科學(xué)的發(fā)展，開(kāi)展了從天然產(chǎn)物中提取有效成分的方法，而有效成分晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定進(jìn)一步將從天然產(chǎn)物中提取的方法改變?yōu)槿斯ず铣�，使有可能大量制造，提高了產(chǎn)量、降低了成本、造福于人類(lèi)。這種基于結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出合成路線(xiàn)，工業(yè)制造的方法在染料，香料等許多工業(yè)部門(mén)都是廣泛使用的。
　�。ㄋ模┙�年，基于病毒結(jié)構(gòu)、人體內(nèi)各種大分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定及人體感染疾病途徑的了解，搞清了某些疾病感染及發(fā)展的結(jié)構(gòu)匹配需要。人類(lèi)已經(jīng)根據(jù)這些結(jié)構(gòu)知識(shí)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上匹配的、合適的藥物，來(lái)事先保護(hù)病毒和人體的結(jié)合點(diǎn)，或阻斷病毒的自身繁衍，從而避免感染或控制其繁衍，而不使疾病發(fā)展， 這就是所謂的基于結(jié)構(gòu)的、合理的藥物設(shè)計(jì)[6].圖5中為艾滋病毒復(fù)制過(guò)程中不可缺的蛋白酶及人類(lèi)設(shè)計(jì)的對(duì)稱(chēng)性抑制劑A-74704（方框內(nèi)）之間的氫鍵結(jié)合模式。由于抑制劑的結(jié)合阻斷了病毒的結(jié)合，使其無(wú)法復(fù)制。改變了過(guò)去神農(nóng)嘗百草型的經(jīng)驗(yàn)尋找藥物的方法。
　　圖5 抑制劑與蛋白酶的氫鍵結(jié)合
　　五。 可能的發(fā)展方向：
　�。ㄒ唬�數(shù)據(jù)的積累從前述的應(yīng)用已經(jīng)看出，晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定及結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究， 是今后走上人類(lèi)按需設(shè)計(jì)新材料的基礎(chǔ)。今日雖已測(cè)了許多晶體的結(jié)構(gòu)，但還有許多未能測(cè)定，而且還不斷有新化合物，新晶體出現(xiàn)， 因此不斷的測(cè)定他們的結(jié)構(gòu)，加以總結(jié)分析是十分必要的。當(dāng)今已有多個(gè)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，如：
　�。�1）劍橋結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（CSD）。包括各種有機(jī)，有機(jī)金屬化合物及配合物的晶體學(xué)數(shù)據(jù)。
　�。�2）無(wú)機(jī)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（ICSD）。
　　（3）金屬結(jié)晶學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)（CRXSTMET）。
　�。�4）蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)（PDB）。
　�。�5）晶體學(xué)數(shù)據(jù)（CD）。
　�。�6）粉末衍射卡片（PDF）。
　�。�7）有序無(wú)序結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（OD）等。
　　（二）各種生物大分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定2001年2月12日，人類(lèi)基因組框架圖發(fā)表。接下來(lái)的任務(wù)是要把各基因的結(jié)構(gòu)和功能搞清楚，有大量的基因結(jié)構(gòu)需要測(cè)定。世界上已經(jīng)成立了結(jié)構(gòu)基因組的國(guó)際合作組織，分配人類(lèi)基因結(jié)構(gòu)的測(cè)定任務(wù)。除了人類(lèi)基因以外，還有水稻基因組，各種病毒等范圍更廣的生物大分子結(jié)構(gòu)需測(cè)定。生物大分子的數(shù)量將會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)各種無(wú)機(jī)物，有機(jī)物分子的總量。生物大分子結(jié)構(gòu)測(cè)定將是今后晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定的主要任務(wù)。
　　（三）結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究與應(yīng)用按照已知的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系設(shè)計(jì)制造需要的新材料是進(jìn)行大量結(jié)構(gòu)測(cè)定的目的。如何總結(jié)大量已測(cè)結(jié)構(gòu)的規(guī)律并與其性能、功能相聯(lián)系是今后的任務(wù)之一。特別是生物結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。進(jìn)一步如何利用這種關(guān)系設(shè)計(jì)制造人類(lèi)需要的材料，藥物等， 更是永不完結(jié)的任務(wù)。
　�。ㄋ模┙馍�物大分子結(jié)構(gòu)方法的發(fā)展目前雖已有各種方法用來(lái)解決相角的問(wèn)題，但要置換許多同晶化合物還是頗費(fèi)時(shí)和頗昂貴的，如果能如小分子那樣用直接法來(lái)解決相角問(wèn)題，將會(huì)方便許多。我國(guó)科學(xué)家范海福院士是研究直接法的世界權(quán)威人物，正在進(jìn)行這方面的研究。
　�。ㄎ澹� 單晶體結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)方法的發(fā)展目前的實(shí)驗(yàn)室單晶體結(jié)構(gòu)分析方法對(duì)于測(cè)定小分子的單晶體結(jié)構(gòu)已經(jīng)是相當(dāng)完美了， 但對(duì)于巨大的生物大分子就顯得軟弱無(wú)力，主要是光源強(qiáng)度不夠，光的平行性不良，波長(zhǎng)又不好調(diào)。目前主要要依靠同步輻射作為X射線(xiàn)源。我國(guó)二個(gè)同步輻射光源之一的位于合肥的國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室（NSRL）今年上半年已勝利完成用于生物大分子結(jié)構(gòu)測(cè)定的光束線(xiàn)與實(shí)驗(yàn)站的建設(shè)， 并已收集到尖吻蝮蛇蛇毒磷脂酸A2，神經(jīng)毒等多種生物大分子的衍射數(shù)據(jù)，并解出了結(jié)構(gòu)。另一個(gè)北京同步輻射裝置（BSRF） 的生物平臺(tái)使用的是聚焦光束。也已于2002年12月4日投入試運(yùn)轉(zhuǎn)，在樣品冷凍條件下成功地收集了18套結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，情況良好。數(shù)據(jù)分析正在進(jìn)行中。
　　同步輻射是一種大科學(xué)裝置，設(shè)備大投資高，一般都需要政府投資，不是一般實(shí)驗(yàn)室所能具備的，需要申請(qǐng)立項(xiàng)才能使用。因此，如果能發(fā)展出高強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)室光源和極高靈敏度的探測(cè)器，使在一般實(shí)驗(yàn)室中也能測(cè)定生物大分子結(jié)構(gòu)，則絕對(duì)是有益的。
　　有許多生物反應(yīng)的速度是相當(dāng)快的， 如血紅蛋白與一氧化碳的結(jié)合，速度在納秒級(jí)（10-9sec），要對(duì)這種反應(yīng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究，既要有高強(qiáng)度脈沖光源， 又要有快速切換的探測(cè)器以連續(xù)跟蹤反應(yīng)�，F(xiàn)在已有了強(qiáng)脈沖光源，但探測(cè)器的切換速度卻慢太多，需要作長(zhǎng)時(shí)間的更大的努力。