MÉTODO DE PRECESIÓNEl método de precesión fué desarrollado por Martin J. Buerger, en 1940, como alternativa muy ingeniosa para poder impresionar placas fotográficas de planos recíprocos sin distorsionar. Se trata de un método en el que cristal se mueve, pero el movimiento del cristal (y como consecuencia el de los planos recíprocos solidarios) es como el de precesión de los planetas, de ahí su nombre. La película fotográfica se coloca sobre un soporte plano y se mueve solidariamente con el cristal. El cristal debe orientarse de tal modo que el plano recíproco que se desee recoger sea perpendicular al haz directo de los rayos X, es decir, que un eje directo coincida con la dirección de los rayos X incidentes.

Dos visiones esquemáticas del principio en el que se basa la cámara de precesión. El ángulo es el ángulo de precesión del plano recíproco seleccionado del cristal y de la película fotográfica, que se mantiene paralela al plano recíproco y solidaria en movimientos al cristal.

Esquema y aspecto

de una cámara

de precesión

La cámara diseñada para tal efecto y el aspecto de un diagrama de difracción de una muestra inorgánica se muestran en las figuras de abajo.

Diagrama de precesión de una perovskita, con simetría cúbica

Este tipo de diagramas son mucho más simples de interpretar que los de Weissenberg, ya que muestran el aspecto de un plano recíproco sin distorsión. La separación de un plano recíproco determinado se consigue mediante el uso de pantallas (figura de arriba) que seleccionan los haces difractados de dicho plano. Del mismo modo a como ocurre en el caso de Weissenberg, se pueden medir las distancias recíprocas y las intensidades de difracción. Sin embargo, aquí es mucho más facil observar los elementos de simetría del espacio recíproco.

Diagrama de precesión de un cristal de lisozima en el que fácilmente se distingue un eje de simetría cuaternario perpendicular al diagrama. Debido a que los ejes de la celdilla elemental son grandes, la separación entre los puntos recíprocos es pequeña

La desventaja del método de precesión es consecuencia de que la película es plana en lugar de cilíndrica, y el ángulo sólido explorado es menor. Este método se ha usado con éxito durante muchos años, incluso para el caso de las proteínas:

Diagrama de precesión de un compuesto orgánico sencillo, en el que se observa simetría mm.Obsérvese que la separación entre los puntos recíprocos es mucho mayor (menores ejes reticulares directos) que en el caso de las proteínas (mayores ejes reticulares directos)

El ángulo m es el ángulo de precesión del plano recíproco seleccionado del cristal y de la película fotográfica, que se mantiene paralela al plano recíproco y solidaria en movimientos al cristal. En la parte derecha: Esquema y aspecto de una cámara de precesión.

El método de precesión suministra la misma información en una forma más directa; en este método, un cristal y una película plana se mueven con movimiento giratorio complejo, compensando mecánicamente las distorsiones producidas por el método anterior. De este modo, se obtiene una gran cantidad de datos de una manera fácilmente utilizable, dejando claro que se puede obtener información valiosa de una fotografía de rotación sin necesidad de identificar las reflexiones individuales.

MÉTODO DE OSCILACIÓNOriginalmente, los métodos de monocristal, con giro amplio de la muestra, como los mencionados anteriormente, se impusieron por su facilidad de interpretación. Sin embargo, cuando se llegó a experimentar con redes directas grandes, es decir, recíprocas pequeñas, los tiempos de recogida se disparaban y por lo tanto se recurrió al método de oscilación con ángulos pequeños, que permitía recoger varios niveles recíprocos a la vez sobre cada posición del cristal. Repitiendo estos diagramas, a distintas posiciones de partida del cristal, se conseguían obtener suficientes datos en un tiempo razonable. La geometría de recogida está descrita en las figuras que vienen a continuación. Hoy en día, con generadores de ánodo rotatorio o sincrotrones, y detectores de área, que aumentan la intensidad de los máximos de difracción y reducen los tiempos de recogida con gran fiabilidad, se ha impuesto este método para los estudios de macromoléculas, en particular de proteínas.

Esquema de la geometría de las condiciones de máximo de difracción en el método de oscilación. El cristal, y por tanto la red recíproca, están oscilando un pequeño ángulo alrededor de un eje perpendicular al plano de la figura y que pasa por el centro. En la figura de la derecha, el área que pasa por condición de máximo de difracción está denotada por el área amarillenta, delimitada por la esfera de Ewald (de radio 2.sen 90/λ) en los dos extremos de oscilación de la red, y la esfera de resolución máxima (de radio 2.sen θmax/λ) que se puede alcanzar con la radiación empleada y con el detector que se haya usado.

MÉTODO DE OSCILACIÓN

Cuando la red recíproca oscila un pequeño ángulo, alrededor del eje de giro, pequeñas zonas de los diferentes niveles de la red recíproca entran en contacto con la esfera de Ewald, alcanzando las condiciones de máximo de difracción. De este modo, sobre la pantalla del detector, la geometría de oscilación produce máximos de difracción procedentes de diferentes niveles de la red recíproca y formando lúnulas sobre el diagrama (figura de la derecha)

La introducción de los computadores digitales a finales de la década de 1970, permitió el diseño de los difractómetros automáticos de cuatro círculos; quiénes, disponen de un sistema goniométrico, con una mecánica muy precisa, que mediante tres giros permite colocar el cristal en cualquier orientación del espacio, provocando así que se cumplan los requerimientos de la construcción de Ewald para que se produzca la difracción. En estas condiciones, un cuarto eje de giro, que sustenta el detector electrónico se coloca en condiciones de recoger el haz difractado. Todos estos movimientos se pueden programar de un modo automático, con una mínima intervención del operador.Hay dos geometrías goniométricas que se han usado con excelente éxito durante muchos años. En el goniómetro de geometría Euleriana, el cristal se orienta mediante los tres ángulos de Euler, Φ que representa el giro sobre el eje de la cabeza goniométrica, χ que le permite el balanceo sobre el círculo cerrado, y ω que permite el giro total del goniómetro. El cuarto círculo lo representa el giro del detector, 2θ. Esta geometría, presenta la ventaja de la estabilidad mecánica, pero por contra restringe la accesibilidad al cristal para equipos externos de baja o alta temperatura.

Goniometría de cuatro círculos

Rotaciones en un goniómetro de cuatro círculos con geometría Euleriana

Esquema y aspecto de un goniómetro de cuatro círculos con geometría Euleriana

Esquema y aspecto de un goniómetro de cuatro círculos con geometría Kappa.

La geometría alternativa a la Euleriana es la denominada geometría Kappa que no dispone de un círculo cerrado equivalente al χ. En su lugar, su función la cumplen los llamados ejes κ (kappa) y ωκ, de tal modo que con una combinación de ambos se

pueden obtener χ eulerianos en el intervalo de -90 a +90º. La ventaja principal de esta geometría es la amplia accesiblidad al cristal. Los ángulos Φ y 2θ son idénticos al los de la geometría euleriana:

Tanto en la geometría Euleriana como Kappa, el sistema de detección ampliamente usado durante muchos años es el denominado "puntual", en el sentido de que la detección de cada haz difractado (reflexión) se realiza de modo individual, necesitando cambiar, de modo automático y programado, los cuatro valores angulares del goniómetro para cada haz difractado. Los tiempos de medida en estos equipos suele ser del orden de 1 minuto por reflexión.