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Diffractomètre

Le diffractomètre repose exclusivement sur l'utilisation des rayons X pour déterminer la structure cristalline à partir d'une image de diffraction; l'appareillage comporte un goniomètre pour manipuler le monocristal dans le faisceau de rayons X sous tous les angles.

Diffractomètre et cristallographie

La loi de Bragg

La rotation du cristal dans le diffractomètre a pour but de générer une onde issue des plans réticulaires en phase avec l'onde incidente à ce même plan réticulaire. Ceci n'est possible que dans le cas particulier défini par la formule suivante :

d = distance inter réticulaire

= angle de diffraction

K = ordre de réflexion

= longueur d'onde

La réception du signal

Elle se fait sur le CCD qui est une matrice de cellules qui captent l'information lumineuse sous forme de pixels et qui n'utilise pas de plaque photographique. Des photons isolés sont enregistrés électroniquement et répartis à l'aide d'un microprocesseur le long d'une série de pixels qui, assemblés en rangées, forment alors une image qui peut être numériquement travaillée par ordinateur.

Exemple d'un logiciel d'exploitation des données

À partir des intensités diffractées et de la relation inverse (réseau réciproque - réseau réel), le logiciel utilisé (Denzo) va déterminer les axes et centres de symétrie du cristal et proposer le système cristallin le plus probable parmi les sept existants. C'est ensuite à l'utilisateur de choisir le groupe d'espace (réseau de Bravais) le plus approprié : le système choisi est celui qui a la plus haute symétrie afin d'avoir la meilleure résolution (c'est généralement à la fin de l'analyse, lorsque toutes les positions atomiques sont déterminées que peut être précisé le groupe d'espace). Des paramètres de maille sont alors proposés.

Le facteur de reliabilité R permet de calculer le degré de fiabilité de la maille proposée par rapport à la structure cristalline réelle. Quand il atteint une valeur suffisamment faible cela signifie que le modèle de maille est acceptable ; on peut alors passer à l'étape suivante c'est-à-dire l'affinement des paramètres de maille et l'intégration des intensités diffractées.

Les intensités diffractées sont caractéristiques de la nature et de la position des atomes et la densité électronique en tout point de la maille est fonction des intensités diffractées ; c'est pourquoi il est nécessaire d'intégrer un grand nombre de “ taches ”, correspondant à l'ensemble des réflexions sur le réseau cristallin (ensemble des mailles). Le programme utilisé permet la corrélation entre les paramètres de maille, le fichier de référence obtenu précédemment et la formule du composé moléculaire attendue. On rentre la formule moléculaire du composé espéré dans le programme qui va affecter les atomes aux densités électroniques, les maxima d'intensité correspondant aux plus gros atomes. On affine alors la structure cristalline par tâtonnement.