소각 중성자 산란

Small-angle neutron scattering
중성자를 이용한 과학
Quark structure neutron.svg
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이 항목에 대한 자세한 내용은 작은 각도 산란을 참조하십시오.

소각 중성자 산란(SANS)은 작은 산란 각도에서 탄성 중성자 산란을 이용해 약 1~100nm의 중경사 눈금으로 다양한 물질의 구조를 조사하는 실험 기법이다.

소각 중성자 산란은 많은 점에서 소각 X선 산란(SAXS)과 매우 유사하다. 두 기법을 공동으로 소각 산란(SAS)이라고 한다. SACS에 비해 SANS의 장점은 빛 요소에 대한 민감성, 동위원소 라벨 표시 가능성, 자기 모멘트에 의한 강한 산란이다.

테크닉

SANS 실험 동안 중성자 빔은 수성 용액, 고체, 분말 또는 결정체가 될 수 있는 샘플을 향한다. 중성자는 핵과의 핵 상호작용이나 불연속 전자의 자기 운동량과의 상호작용에 의해 탄성적으로 산란된다. X선 산란에서는 광자가 전자구름과 상호작용하므로 원소가 클수록 효과가 크다. 중성자 산란에서 중성자는 핵물질과 상호작용하고 그 상호작용은 동위원소에 따라 달라진다; 중수소 같은 일부 광원소는 Pb와 같은 무거운 원소와 유사한 산란 단면을 보여준다.

0순서의 동적 회절 이론에서 굴절 지수는 산란 길이 밀도와 직접 관련되며 주어진 핵과의 중성자 파동의 상호작용 강도를 측정하는 척도다. 다음 표는 몇 가지 화학 원소에 대한 중성자 산란 길이(10−12 cm 단위)를 보여준다.[1]

H D C N O P S
−0.3742 0.6671 0.6651 0.940 0.5804 0.517 0.2847

산란 길이의 상대적 척도는 동일하다는 점에 유의한다. 또 다른 중요한 점은 수소로부터의 산란이 중수소와 구별된다는 것이다. 또한 수소는 음의 산란을 갖는 몇 안 되는 원소 중 하나로, 수소로부터 비껴간 중성자가 다른 원소에 비껴간 것에 비해 위상에서 180° 벗어나 있다는 것을 의미한다. 이러한 특성은 대조 변동의 기법에 중요하다(아래 참조).

관련 기법

SANS는 보통 중성자 빔의 시준을 사용하여 중성자의 산란 각도를 결정하는데, 이는 비교적 긴 길이 척도에서 표본의 특성에 대한 정보를 포함하는 데이터에 대해 신호 대 잡음 비를 1μm 이상 더 낮게 만든다. 전통적인 해결책은 URS(Ultra Small Angle Neutron Disclosing)에서와 같이 선원의 밝기를 증가시키는 것이다. 대체 스핀에코 소각 중성자 산란(SEANS)을 도입해 중성자 스핀 에코를 이용해 산란 각도를 추적하고 중성자 산란으로 연구할 수 있는 길이 눈금 범위를 10μm 이상으로 확대했다.

방목-침입 소각 산란(GISANS)은 SANS와 중성자 반사 측정의 아이디어를 결합한다.

생물학에서

그림 1: D2O 농도의 함수로서 다양한 생물학적 고분자의 산란 사이의 관계.
주요기사 : 생물학적 소각 산란

생물 과학에 특히 유용하게 만드는 SANS의 중요한 특징은 특히 중수소와 비교되는 수소의 특별한 행동이다. 생물학적 시스템에서는 수소를 중수소와 교환할 수 있는데, 중수소는 보통 샘플에는 거의 영향을 미치지 않지만 산란에는 극적인 영향을 미친다.

대조도 변화(또는 대조도 일치) 기술은 수소 대 중수소의 차분 산포에 의존한다. 그림 1은 중수소 농도의 함수로서 물과 다양한 생물학적 고분자의 산란 길이 밀도를 보여준다. (첨부 위치).[1] 생물학적 샘플은 보통 물에 용해되기 때문에, 그들의 수력발전소는 용매에 있는 어떤 중수소와도 교환할 수 있다. 분자의 전체적인 산란은 모든 성분의 산포에 달려있기 때문에, 이것은 분자의 수소 대 중수소의 비율에 달려있을 것이다. 일치점이라고 불리는 HO2 대 DO의2 특정 비율에서 분자의 산란은 용매와 동일하므로 완충제의 산란이 데이터에서 제외될 때 제거된다. 예를 들어 단백질의 일치점은 일반적으로 약 40–45% DO이며2, 그 농도에서 단백질로부터의 산란은 완충제와 구별할 수 없을 것이다.

대조도 변동을 사용하려면 시스템의 다른 구성 요소들이 다르게 산란되어야 한다. 이는 고유 산란 차이(예: DNA 대 단백질)를 기반으로 할 수 있으며, 또는 라벨이 다르게 표시된 구성 요소(예: 나머지는 양성자일 때 복잡한 중수화에서 하나의 단백질을 갖는 것)에서 발생할 수 있다. 모델링 측면에서는 소각 X선 및 중성자 산란 데이터를 MONSA 프로그램과 결합할 수 있다. 대규모 다단위 효소의 원자 모델을 구축하기 위해 SACS, SANS, EM 데이터가 사용된 예가 최근 발표되었다.[2] 이 방법의 몇 가지 예는 을 참조하십시오.[3]

계기

전 세계적으로 연구용 원자로나 분무원과 같은 중성자 시설에서 사용할 수 있는 수많은 SANS 계기들이 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ a b Jacrot, B (1976). "The study of biological structures by neutron scattering from solution". Reports on Progress in Physics. 39 (10): 911–53. Bibcode:1976RPPh...39..911J. doi:10.1088/0034-4885/39/10/001.
  2. ^ Kennaway, Chris; Taylor, James; et al. (1 Jan 2012). "Structure and operation of the DNA-translocating type I DNA restriction enzymes". Genes & Development. 26 (4): 92–104. doi:10.1101/gad.179085.111. PMC 3258970. PMID 22215814.
  3. ^ Perkins, SJ (January 1, 1988). "Structural studies of proteins by high-flux X-ray and neutron solution scattering". Biochemical Journal. 254 (2): 313–27. doi:10.1042/bj2540313. PMC 1135080. PMID 3052433.

교과서

  • 페진, 레브 A: 소각 X선과 중성자 산란을 통한 구조 해석 뉴욕: 플레넘(1987년).
  • 히긴스, 줄리아 S; 베누트, 앙리: 폴리머와 중성자 산란 옥스퍼드: 클라렌던 프레스 (1994년?)

외부 링크