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Laue-Verfahren

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Das Laue-Verfahren ist ein Verfahren zur Kristallstrukturanalyse. Es ist benannt nach dem deutschen Physiker Max von Laue (1879-1960). Historisch gesehen ist es das älteste Verfahren der Röntgenbeugung; mit ihm wurde die Röntgenbeugung entdeckt.

Während beim Debye-Scherrer-Verfahren Röntgenstrahlen an vielen kleinen Kristallen eines Kristallpulvers gebeugt werden, wird beim Laue-Verfahren ein Einkristall benutzt, um die Röntgenstrahlen zu beugen. Statt der Beugungslinien bzw. -kreise bei der Pulverbeugung erhält man bei der Einkristallbeugung punktförmige Reflexe.

In den meisten Experimenten der Röntgenbeugung an Kristallpulvern und Einkristallen wird monochromatische Röntgenstrahlung verwendet, d.h. Strahlung mit nur einer Wellenlänge. Im Laue-Verfahren dagegen wird weiße, nicht-monochromatische Röntgenstrahlung (Bremsstrahlung) verwendet. Das bedeutet, dass mehrere Gitterschichten gleichzeitig die Beugungsbedingung n \lambda = 2d \, \sin(\theta) erfüllen (siehe Bragg-Gleichung). Damit ist das Laue-Verfahren sehr viel schneller als die Beugung mit monochromatischer Strahlung.

Mittels der Laue-Bedingung lassen sich die Richtungen der Beugungsreflexe angeben. Eine ebene Welle mit Wellenvektor \vec k falle auf das Gitter. Konstruktive Interferenz ergibt sich in Richtung \vec k', wenn \Delta \vec k=\vec k-\vec k' ein Wellenvektor des reziproken Gitters ist. Die Laue-Bedingung lautet dann:

e^{i(\vec k-\vec k')\vec G}=1

Dies kann anschaulich mit Hilfe der Ewaldkugel dargestellt werden.

Man kann mit dem Laue-Verfahren deshalb auch dynamische Prozesse in Kristallen verfolgen. Besonders bei Proteinkristallen lassen sich (dynamische) Änderungen der Proteinstruktur im Kristall beobachten und damit Rückschlüsse auf die Funktionsweise der Proteine treffen. Der Nachteil ist aber, dass man nicht weiß, welcher Reflex von welcher Wellenlänge stammt (Indizierungsproblem). Außerdem treten viele Reflexe gleichzeitig auf, so dass sie oft miteinander überlappen. Während das Experiment des Laue-Verfahrens sehr schnell ist, ist die spätere Datenverarbeitung sehr schwierig und zeitaufwendig.

Literatur

  • W. Friedrich, P. Knipping, M. von Laue (1912). Bayerische Akademie der Wissenschaften 303-322.
  • J.L. Amoros, M.J. Buerger, M.C. Amoros (1975). The Laue method. Academic Press, New York. ISBN 0120574500
  • J.R. Helliwell (2005). Macromolecular crystallography with synchrotron radiation. Cambridge University Press, Cambridge. ISBN 0521544041
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