用SHELXTL程序进行晶体结构分析的方法
Shelxle 结构解析和精修
SHELX TutorialIntroduction关于此教程此教程的主要目的是介绍如何使用SHELX程序包，解析和精修一个小分子的晶体结构（少于200个非氢原子）。
我们推荐新手练习文档中的所有步骤。
步骤1-5中的所有的章节都遵循下注释：需要用户操作的使用蓝色背景。
其它文本部分用于解释图标以及重要的晶体学概念。
本教程中使用的案例典型的小分子结构通常是金属有机或者纯有机分子。
本教程中使用的是VitC 的衍生分子：内酯环上连接一个长烷基链。
本图显示的是最终原子结构的3D模型。
当然在你自己的操作过程中，可能会出现各种意想不到的事情。
程序和文件在结构精修过程中，我们会使用Shelxle去编辑RES文件，从而准备下一轮精修的INS文件。
RES文件和INS文件都可以使用任何文本编辑程序打开。
结构解析程序流程本教程主要是对于结构解析和精修的介绍。
前提是，X射线衍射实验已经完成，所有的衍射点数据都已经过指标化，还原和校正。
通常衍射仪将会产生包含衍射数据的hkl文件（通常是SHELX格式）以及用于结构解析.ins文件。
如果没有ins文件或者需要重新产生.ins文件，你也可以使用XPREP（BRUKER copyright）读取hkl文件，推断空间群并产生.ins文件。
尤其对于一些结构，必须使用XPREP 重新指标化HKL文件中的衍射点，从何和正确的空间群相一致。
比如本例子中的momo_unmerged.hkl.利用XPREP，我们可以确定数据的Laue群以及初始的空间群，并且产生下一步SHELXT需要的指令文件mono.ins以及相应的HKL文件 mono.hkl。
我们可以重新指标化HKL文件，也可以对分辨率做相应的截取。
在接下来的结构解析步骤中，新产生的HKL文件不会被进一步修改，之后所有程序中都会使用到该文件。
INS文件需要至少指定晶体结构中有哪些元素。
SHELXT程序用于解析相位，使用相位推断空间群，并且最大可能地根据电子密度图搭建初始模型。
Shelxle 结构解析和精修
SHELX TutorialIntroduction关于此教程此教程的主要目的是介绍如何使用SHELX程序包，解析和精修一个小分子的晶体结构（少于200个非氢原子）。
我们推荐新手练习文档中的所有步骤。
步骤1-5中的所有的章节都遵循下注释：需要用户操作的使用蓝色背景。
其它文本部分用于解释图标以及重要的晶体学概念。
本教程中使用的案例典型的小分子结构通常是金属有机或者纯有机分子。
本教程中使用的是VitC 的衍生分子：内酯环上连接一个长烷基链。
本图显示的是最终原子结构的3D模型。
当然在你自己的操作过程中，可能会出现各种意想不到的事情。
程序和文件在结构精修过程中，我们会使用Shelxle去编辑RES文件，从而准备下一轮精修的INS文件。
RES文件和INS文件都可以使用任何文本编辑程序打开。
结构解析程序流程本教程主要是对于结构解析和精修的介绍。
前提是，X射线衍射实验已经完成，所有的衍射点数据都已经过指标化，还原和校正。
通常衍射仪将会产生包含衍射数据的hkl文件（通常是SHELX格式）以及用于结构解析.ins文件。
如果没有ins文件或者需要重新产生.ins文件，你也可以使用XPREP（BRUKER copyright）读取hkl文件，推断空间群并产生.ins文件。
尤其对于一些结构，必须使用XPREP 重新指标化HKL文件中的衍射点，从何和正确的空间群相一致。
比如本例子中的momo_unmerged.hkl.利用XPREP，我们可以确定数据的Laue群以及初始的空间群，并且产生下一步SHELXT需要的指令文件mono.ins以及相应的HKL文件 mono.hkl。
我们可以重新指标化HKL文件，也可以对分辨率做相应的截取。
在接下来的结构解析步骤中，新产生的HKL文件不会被进一步修改，之后所有程序中都会使用到该文件。
INS文件需要至少指定晶体结构中有哪些元素。
SHELXT程序用于解析相位，使用相位推断空间群，并且最大可能地根据电子密度图搭建初始模型。
SHELXTL程序进行晶体结构分析的方法
y
z
占有率 温度因子
C1 1 0.155832 0.182795 0.318988 11.00000 0.00001
温度因子： 原子是否正确 过大： 偏重 过小： 偏轻
B 进一步精修：
主体结构的确定
各向异性： ANIS 针对温度因子
ANIS 温度因子用六个参数表示，原子的热振动为 取向的三轴椭球
进行这步操作，可以大幅降低R1值和goof值
e 点refine菜单，系统会提示有Q 峰没命名，并 选择所有Q 峰，顺序与原来顺序相同
•删除原子或（Q）峰的方法： a 光标指在欲删除位置（原子或键） ，点K 键
b 光标指在欲删除位置，右手键点Bonds and Angles，再在对话框中点“Delete”
c 光标指在欲删除位置，右手键点“Delete” d 先选择，再点Select菜单中的Kill selected e 在ins文件删除
Most Disagreeable Reflections (* if suppressed or used for Rfree)
m 是一或两位数，指定氢的类型： =1 叔-H， =2 仲-H， =3（或13） 伯-H， =4 芳-H， =8（或14） X-O-H， =9 X=CH2或X-NH2， =15 笼状B-H
n 是一位数，指定固定的类型： =1 坐标、占有率、位移因子固定， =2 占有率、位移因子固定， =3（或7） 坐标固定， =4 同3，但允许修正X-H的键长（方向固定）
4.INS文件的建立和更新
结构解析和精修的过程，是ins文件建立和不 断更新的过程，这主要是下列过程实现的：
xprep、xshell—refine、xl、xp、edit、copy
SHELXTL程序进行晶体结构分析的方法
数据后处理
对计算结果进行进一步的分析和处理，以满足特定需求或提高结果的可用性。
06
未来发展与展望
新技术与算法的引入
01
人工智能与机器学习
利用机器学习算法对晶体结构数据进行训练，提 高预测精度和效率。
02
云计算与分布式计算
借助云计算资源，实现大规模晶体结构分析的计 算和存储。
程序性能的优化与提升
05
常见问题与解决方案
计算速度慢的解决方法
01 优化算法
采用更高效的算法来加速计算过程。
02 使用更强大的计算机
利用具有更高计算能力的计算机进行计算。
03 并行计算
将计算任务分解为多个子任务，并使用多核处理 器或分布式计算系统同时处理这些子任务。
结果不准确的解决方法
提高输入数据的质量
01
Байду номын сангаас
确保输入数据的准确性，特别是原子坐标和晶胞参数。
晶体结构可以通过X射线晶体学、中子衍射、电子显微 镜等技术进行测定。
晶体结构分析的重要性
晶体结构分析是理解物质性质的基础，有助于揭 示物质的组成、结构和性质之间的关系。
通过晶体结构分析，可以深入了解物质的物理、 化学和生物学性质，为材料科学、药物研发、环 境科学等领域提供重要依据。
晶体结构分析的基本步骤
Shelxtl程序进行晶 体结构分析的方法
目录
• Shelxtl程序简介 • 晶体结构分析基本原理 • Shelxtl程序进行晶体结构分析的方
法 • 实例分析与应用 • 常见问题与解决方案 • 未来发展与展望
01
Shelxtl程序简介
程序起源与历史
起源
Shelxtl程序最初由英国谢菲尔德大学的科学家开发，旨 在提供一种高效、准确的晶体结构分析工具。
单晶结构解析
上一页
下一页
材料科学与化学工程学院
2) 用XS程序定出结构雏形（初始套） 一般先试直接法，再试Pattson法，用什么方法 是通过改变Edit .ins文件中的指令来实现的 直接法：
TITL 020908b in C2/c CELL 0.710730 30.1927 8.5175 13.9108 90.0000 95.1300 90.0000 ZERR 8.00 0.0146 0.0042 0.0071 0.0000 0.0100 0.0000 LATT 7 SYMM -X, Y, 0.5-Z SFAC C H N O Cr UNIT 144 112 24 56 8 TEMP 25 TREF HKLF 4 END
2012-8-26
上一页
下一页
材料科学与化学工程学院 SPACE GROUP DETERMINATION …… Mean |E*E-1| = 0.713 [expected .968 centrosym and .736 non-centrosym] Chiral flag NOT set
Systematic absence exceptions: b-c-n-21-N 247 240 237 6 N(I>3s)231 224 221 4 <I> 113.3 120.8 139.2 0.8 <I/s> 28.7 27.3 28.2 9.3 Option Space Group No. [A] P222(1) #17 [B] P2(1)2(1)2 #18 Select Option [B] : -c156 144 187.9 29.5 -a155 141 194.4 29.3 CSD 26 359 -n153 127 108.3 23.5 -216 0 0.1 1.3 --a 74 70 131.0 26.1 --b 74 68 139.3 27.4 --n 76 66 102.7 26.0 CFOM 5.73 2.37 --21 11 3 1.1 5.2
单晶结构分析 用SHELXTL程序进行晶体结构分 析的方法PPT文档共68页
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
SHELXTL程序进行晶体结构分析的方法报告
XP中做的图形文件
晶体学信息文件
结构因子文件
记录仪器型号、晶体外观等的文件
SHELXTL结构分析的步骤
1、准备反射点文件 .HKL，格式一般为h, k, l, Io, (I) 。 2、使用 XPREP 程序输入晶胞参数，进行数据统计和检查消光规律以确 定空间群，输入分子式等等，程序结束时输出 .INS。该 .INS文件通常设 定了直接法的现行设置。 3、使用 XS 解析结构，读入 .HKL和 .INS文件，结果输出到 .LST和 .RES文件。 4、使用 XP/XSHELL 读入 .RES文件，建立初始结构模型，结果输出到 .INS文件，该 .INS文件通常设定了最小二乘法修正和 Fourier 合成的设 置。 5、使用 XL 读入 .HKL和 .INS文件，进行结构模型的最小二乘法修正和 Fourier合成（通常为差值Fourier合成），结果输出到 .LST和 .RES文件。 6 、重复 4 ， 5过程不断扩展完善结构模型和精修，直到结构修正收敛和 偏离因子最低。 7、生成数据CIF表格。
3.其它文件
晶体结构报表文件 4.INS文件的建立和更新 结构解析和精修的过程，是ins文件建立和不 断更新的过程，这主要是下列过程实现的： xprep、xshell—refine、xl、xp、edit、copy
res lst plt cif fcf pcf tex
xs、xl、refine产生的文件
单晶结构分析电子教案
用SHELXTL程序 进行结构分析的方法
H H HO HO HO OH O
H H H
OH
SHELXTL有以下程序: windows 界面
XPREP：为结构解析准备 .INS文件程序。
用SHELXTL程序进行晶体结构分析的方法 单晶结构分析电子教案
用SHELXTL程序进行晶体结构分析的方法单晶结构分析电子教案第一章：SHELXTL程序简介1.1 背景知识介绍晶体学的基本概念和晶体结构分析的重要性。
解释单晶结构分析与其他结构分析方法的区别。
1.2 SHELXTL程序介绍介绍SHELXTL程序的基本功能和用途。
解释SHELXTL程序在晶体结构分析中的重要性。
1.3 SHELXTL程序的安装和使用说明SHELXTL程序的安装步骤和注意事项。
演示如何运行SHELXTL程序并进行基本操作。
第二章：晶体数据收集2.1 实验设备和技术介绍用于晶体数据收集的实验设备和技术。
解释X射线衍射仪的工作原理和重要性。
2.2 晶体数据的收集过程说明晶体数据收集的步骤和注意事项。
演示如何使用X射线衍射仪进行晶体数据收集。
2.3 数据质量评估介绍评估晶体数据质量的方法和指标。
解释数据质量对晶体结构分析的影响。
第三章：SHELXTL程序的操作3.1 输入数据和参数说明如何将收集到的晶体数据输入到SHELXTL程序中。
介绍如何设置SHELXTL程序的参数和选项。
3.2 解晶体结构解释SHELXTL程序解晶体结构的过程和步骤。
演示如何使用SHELXTL程序解晶体结构并获取结果。
3.3 结构精修和优化介绍结构精修和优化的概念和方法。
解释SHELXTL程序中结构精修和优化的操作步骤。
第四章：结果分析和报告4.1 结构分析结果的查看和解读介绍如何查看和解读SHELXTL程序的结构分析结果。
解释结构分析结果中的关键信息和指标。
4.2 结构分析结果的可视化说明如何使用SHELXTL程序进行结构分析结果的可视化。
演示如何结构分析结果的图像和图表。
第五章：实例分析与讨论5.1 实例分析提供一个具体的晶体结构分析实例。
演示如何使用SHELXTL程序进行实例分析并解释结果。
5.2 结果讨论和解释讨论和解释实例分析的结果和意义。
探讨可能的问题和解决方法。
5.3 练习和习题提供一些相关的练习和习题，帮助学生巩固所学内容。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
设臵好ins文件 ，点击XS，就可自动进行计算
•XS计算结果的评估
# 直接法，RE越小越好，一般大于0.3，就预示 着不成功
# 打开Xshell，检查计算出的原子或（Q) 峰位 臵是否构成合理的化学结构
# 精修（refint）一次后，R1值是否大小于0.5； 或继续精修R1值是否很快降低
c 用Select菜单（或背景右手键点“Select‖）可 选择部分和所有的原子或Q 峰，顺序与原顺序相同 d 按住“Shift‖键，左手键拖出一个选择框并同 时轻开，可选择一个或多个原子
e 点refine菜单，系统会提示有Q 峰没命名，并 选择所有Q 峰，顺序与原来顺序相同
•删除原子或（Q）峰的方法： a 光标指在欲删除位臵（原子或键） ，点K 键 b 光标指在欲删除位臵，右手键点Bonds and Angles，再在对话框中点“Delete‖ c 光标指在欲删除位臵，右手键点“Delete‖
Patterson法：
TITL 020908b in C2/c CELL 0.710730 30.1927 8.5175 13.9108 90.0000 95.1300 90.0000 ZERR 8.00 0.0146 0.0042 0.0071 0.0000 0.0100 0.0000 LATT 7 SYMM -X, Y, 0.5-Z SFAC C H N O Cr UNIT 144 112 24 56 8 TEMP 25 PATT HKLF 4 END
a 将|Fo|转化为归一化结构因子|Eo|
b 建立可以利用正切公式的三相角及四相角关系
c 赋于起始相角 d 利用正切相角的质量 f 采用诊断指标最佳的相角数据计算解析电子密度图，即E图
* Patterson法是其本人1934年提出，通常只用来 解析含有重原子的结构
用这种方法时，首先利用重原子的特征峰，即 Harker峰，求出重原子坐标，再通过Fourier合成 获得其它原子的坐标 Harker峰，或Harker截面，就是同一套等效的 原子组成的Patterson峰，由于平方效应，重原子的 Harker峰会显得十分突出，寻找起来一般比较容易。 因此，可以轻松地从分析重原子的Harker峰，得到 重原子的坐标
指令
含
义
SYMM 所属空间群的对称操作 TEMP 衍射数据收集的温度 TITL 样品的编号（或名称）和空间群
UNIT
晶胞中每种原子的总个数
WGHT 指定所用权重
ZERR 晶胞中分子个数和晶胞参数的标准偏差
三、 SHELXTL结构分析的步骤
1.项目的设立 打开SHELXTL程序：点project 输入文件名，查找到hkl 文件并打开 new，
2. 结构的解析 1) 结构解析的基本原理 XS用直接法或Patterson法解决相角问题，试验 性找出部分原子或重原子的位置（坐标） * 所谓直接法（direct methods），就是运用数 学的方法，利用不同衍射点的关系，从大量强度数据 中，直接找出各个衍射点的相角，从而达到解析晶体 结构的目的。其过程概括如下：
一、SHELXTL文件 1. 文件名 一般，同一结构，所有文件都用相同的名 （不能超过８个字符），只是扩展名不同 2. 两个必要文件(由XPREP程序产生) *.hkl文件: 所有的衍射点，每一点一行。 格式为：h k l F2 σ (F2)
-4 4 -4 -4 2 -2 -2 -2 -2 2 -2 -2 21.189 19.539 17.129 20.459 3.050 2.120 2.710 3.120
继续尝试直接法：
TITL 020908b in C2/c CELL 0.710730 30.1927 8.5175 13.9108 90.0000 95.1300 90.0000 ZERR 8.00 0.0146 0.0042 0.0071 0.0000 0.0100 0.0000 LATT 7 SYMM -X, Y, 0.5-Z 归一化结构因子E SFAC C H N O Cr 的 下、上限值， UNIT 144 112 24 56 8 可试探性设臵 TEMP 25 ESEL 1.5 3.5 TREF HKLF 4 END
b 光标指在要命名的位臵，用右手键的Edit c 光标指在欲命名位臵，右手键点Bonds and Angles，再在对话框中点“Rename‖
•常用 的小技巧：
a 解析和精修结构 的初期，可把C、O、N都定为C
b 如果独立单元中分子较多，可光标指在 一个分 子中的某一原子上，再用右手键菜单中的UNIQ指令把 其分离出来处理
c 如果独立单元只是分子的一部分，原子不好取 舍，可用右手键菜单中的GROW指令把分子长全处理
* 如果仍得不到较为合理的初始结构，则应试
验用三种方法中的另一法，或试验用不同的ESEL值
* 如果试验用各种方法，仍不行，那就要考虑
是不是出现了如下的问题：
结构的解析中的若干问题
A 晶胞的错误确定 用CCD探测器，仪器可以自动确定晶胞（分别 在matrix、sadabs和xprep中），但有时会不正确， 因而晶系和空间群会因之错误 解决方法：在xprep中重新确定晶胞；实在不 行，需用收集数据重新做晶胞 B 空间群的错误指认
主要的三种情况： a 晶胞的错误确定引起的 b 仪器只根据Rint和CFOM（诊断因子）值 来确定，有时会降低晶体的对称性
c 由系统消光规律的错误判断引起 解决方法：在xprep中重新确定空间群；重新做晶胞
* XPREP的主要功能和应用
读入、更改、 •单击进入XPREP程序 合并衍射数据
•根据程序的提示输入晶胞参数 •选择可能的晶格 程序则显示以下菜单： 计算显示 Patterson截面 寻找更高 的对称性 确定或输 入已知的 空间群
…………………………………..
*.ins 文件：组成上可分成五部分 标题 X光波长 空间群 TITL 041203e in P2(1)/c
晶胞参数 信 息 区
CELL 0.71073 11.5870 19.3080 17.2144 90.000 108.471 90.000 晶格类型 ZERR 4.00 0.0069 0.0112 0.0102 0.000 0.009 0.000 对称操作码 LATT 1 单胞中 SYMM -X, 0.5+Y, 0.5-Z 单胞中 分子数目 SFAC C H N O Co S 原子数目 晶胞参数的标 准偏差 UNIT 108 104 40 20 8 16 SIZE 0.47 0.43 0.35 HTAB 2 L.S. 8 ACTA 可输入各种让XS和XL执行的命令 BOND FMAP 2 PLAN 20
文件结束命令
3.其它文件
晶体结构报表文件 4.INS文件的建立和更新 结构解析和精修的过程，是ins文件建立和不 断更新的过程，这主要是下列过程实现的： xprep、xshell—refine、xl、xp、edit、copy
res lst plt cif fcf pcf tex
xs、xl、refine产生的文件
原子类型
命 令 区
DFIX 1.43 0.02 o5 c27 WGHT 0.074900 1.631200 FVAR 0.169240 TEMP 25
原子表 命 坐标、占有率、温度因子 令 区
Co1 5 0.639436 0.182296 0.778299 11.000000 0.037950 = 0.043120 0.052330 -0.002120 0.007180 -0.002370 Co2 5 0.132299 0.088237 0.782543 11.000000 0.061270 = 0.080610 0.082660 -0.004140 0.011300 0.005080 N1 3 0.816545 0.181404 0.857527 11.000000 0.048210= 0.044720 0.042580 -0.001460 0.010450 -0.001390 N2 3 0.641818 0.098803 0.864065 11.000000 0.055810 = 0.050870 0.070080 0.000700 0.013560 -0.009990 …………………………………………………………………. HKLF 4 衍射点文件类型 END
不计算指定原子对的键长、键角 全比例系数 限制H原子在理想位置上 衍射数据的格式 计算氢键
指令 ISOR L.S. LATT
含 义 限制指定原子的位移参数类似于各向同性 指定XL中用最小二乘法进行精修的轮数 晶格的类型.依次为:P I R F A B C,无心为负值
MOVE 移动或转换坐标 MPLA 计算平面 OMIT PART PLAN SFAC SIMU SIZE 忽略指定的衍射点或限定theta角范围 划分成键原子的范围（用于无序结构） 计算和列出Q峰的数目 晶体中存在的原子的种类 限制指定范围内的原子有相同的位移参数 晶体的大小
单晶结构分析电子教案
第五章 用SHELXTL程序 进行结构分析的方法
H H HO HO HO OH O
H H H
OH
new open copy archive delete exit
Xl XH
edit edit .res edit .ins edit .cif edit .prp edit .lst copy .res→.ins
2) 用XS和XSHELL程序定出结构雏形（初始套） 一般先试直接法，再试Pattson法，用什么方法 是通过改变Edit .ins文件中的指令来实现的
直接法：
TITL 020908b in C2/c CELL 0.710730 30.1927 8.5175 13.9108 90.0000 95.1300 90.0000 ZERR 8.00 0.0146 0.0042 0.0071 0.0000 0.0100 0.0000 LATT 7 SYMM -X, Y, 0.5-Z SFAC C H N O Cr UNIT 144 112 24 56 8 TEMP 25 TREF HKLF 4 END