Röntgenkristallografi är ett extremt exakt, men också svårt och dyrt sätt att avbilda den exakta strukturen av en given molekyl eller makromolekyl i ett kristallgitter. Eftersom en mängd olika material producerar kristaller, inklusive salter, metaller, mineraler, halvledare och olika oorganiska, organiska och biologiska molekyler, är röntgenkristallografi väsentlig för många vetenskapliga områden. En kristall är varje regelbundet återkommande arrangemang av enhetsceller som varierar i storlek från mindre än 100 atomer – småmolekylär kristallografi – till tiotusentals – makromolekylär kristallografi).
Röntgenkristallografi är känt för att vara det verktyg som först användes för att upptäcka strukturen hos DNA, men det användes också för att bestämma strukturen av diamant, bordsalt, penicillin, många proteiner och hela virus. Sammanlagt har över 400,000 XNUMX strukturer beskrivits med hjälp av röntgenkristallografi. Dessa finns i Cambridge Structure Database.
För att analysera ett prov med hjälp av röntgenkristallografi måste man först få en högrenhetskristall av materialet som ska studeras med en mycket regelbunden struktur. Detta är ofta den svåraste delen eftersom många kristaller har nanometerskaliga defekter som gör röntgenkristallografi svår.
Därefter utsätts provet för en intensiv stråle av röntgenstrålar med en enhetlig våglängd. Dessa röntgenstrålar producerar ett diffraktionsmönster när de reflekteras från provet. Detta diffraktionsmönster liknar något som observeras när flera stenar kastas in i en damm – där vågorna korsar är toppar som utgör diffraktionsmönstret.
Genom att långsamt rotera kristallen, slå den med röntgenstrålar och noggrant registrera diffraktionsmönstren vid varje orientering, kan en elektrondensitetskarta erhållas. Denna elektrondensitetskarta används sedan för att formulera en hypotes om atomstrukturen den motsvarar. Diffraktionsmönstren analyseras sedan i ljuset av den hypotetiska strukturen, och om det ser troligt ut att den givna strukturen skulle producera det observerade diffraktionsmönstret dras en slutsats. Resultatet laddas sedan upp till centrala databaser av den typ som nämnts tidigare.