3.7.1 指标测试
3.7.1.1 能量的标定
在理论上，当第一晶体置于水平时，若入射光平行于衍射面，则仪器测量的角度即为入射角，但由于衍射面与晶体表面存在夹角，入射光可能并不是水平的，加之Si（111）[12]的晶格常数有变化等因素，测量的角度与实际衍射角会有不等，因此需要定标测量角度与单色光能量的关系，即进行能量定标。利用金属元素的吸收边是简单有效的方法之一。选择金属钛（Ti）、Fe、锆（Zr）和钼（Mo）作为测试样品，可测试5～20 keV的能量覆盖范围。考虑KMnO4的K边吸收存在一个独立的窄吸收峰，KMnO4可用于能量定标和分辨率计算。
3.7.1.2 能量分辨率
光束线的能量分辨率，主要取决于双晶的摇摆曲线。若已知双晶晶体在某个能量点的摇摆曲线的半高宽（FWHM），就可以近似估算单色器的分辨率。根据单色器的理论，分辨率为
其中△θs是由入射狭缝高度决定的束线垂直接收角，△θsr是在晶体处看光源的垂直发散角，△θc是双晶体的本征衍射宽度，△θm包括聚焦镜像差和面形误差。测量时，入射光狭缝按照设计的数值来设置，因此所得到的摇摆曲线应该是上述4个因素的卷积。若认为每个因素的影响是Gaussian的，则得到的FWHM就是式3-1中的第一项，即
因此，可以根据实际获得的摇摆曲线的FWHM，得到能量分辨率。
3.7.1.3 光子通量
利用电离室进行测试。X射线通过电离室会产生电离电流，电流强度正比于入射X射线强度。此电流经过微电流放大器放大之后，再转化为相应的电压信号，输入VME机箱上的板卡8004+8414（Hytec公司）进行模／数转换，通过计算机对其进行读数。根据电离室产生的电流信号，可以计算出射入电离室的光子通量。在测试时，将电离室紧贴铍窗放置，可以测得铍窗的光子通量，最后再归一化到300 m A。
3.7.1.4 聚焦光斑尺寸
利用狭缝刀口扫描法获得聚焦光斑的强度分布。刀口后方的探测器给出了当前位置处的积分强度；将积分强度微分后，即得到光斑的强度分布；拟合该曲线，可得到聚焦光斑的FWHM。可以利用光洁铜丝进行扫描，并通过电离室测量光强变化的方法，测试光斑尺寸。铜丝安装在MD2测角头上（样品点处）。具体的测试方法是，移动铜丝，将其逐渐切入光斑，直至将光斑全部挡住，在此过程中记录铜丝后面电离室的读数变化，并以此计算光斑尺寸。分别在水平和垂直方向上对铜丝进行扫描，可以得到光斑的水平尺寸和垂直尺寸。
3.7.1.5 光束发散角
在实验站的铍窗后面到样品之间的不同位置上，测试光斑的尺寸。根据不同位置上光斑尺寸的大小，计算光束的发散角。光斑尺寸的测试方法是，利用固定在精密移动平台上的刀片，在水平和垂直方向分别扫描光斑；根据刀片后面电离室的读数，计算出光斑尺寸。
3条光束线站的测试大纲如下，微晶线站测试大纲见表3-20，复合物线站测试大纲见表3-21，高通量线站测试大纲见表3-22。
表3-21 蛋白质复合物晶体结构光束线站测试大纲
表3-22 高通量晶体结构光束线站测试大纲
3.7.2 测试结果汇总
经过束线调试，3条晶体学线站的各项指标，均达到验收指标的要求。
3.7.2.1 微晶体光束线站测试结果
测试结果汇总见表3-23。
表3-23 微晶体光束线站测试结果汇总
依照验收大纲，对各测试指标的验收结果如下所述。
1.能量范围
通过测试不同金属的吸收边，测试束线能够达到的能量范围。首先使用标样Se标定单色器能量（图3-69、图3-70），然后测试标样Ti和Zr，Ti的吸收边为4.97 keV（图3-71、图3-72），Zr的吸收边为17.998 keV（图3-73、图3-74），可以较好地覆盖5～18 keV的能量范围。
图3-69 微晶光束线站Se的吸收边
单色器经过标定之后，Se的吸收边与理论一致；Ti和Zr的吸收边与理论数值略有偏差，可在以后的束线运行期间继续优化。测试结果表明，单色器的能量调节范围，可以很好地覆盖5～18 keV。
2.能量分辨率
光束线的能量分辨率计算，如110页3.7.1.2小节所示。对12 keV摇摆曲线的测试结果见图3-75，摇摆曲线FWHM为0.00 172°，布拉格角为9.483 09°，△E／E＝1.8×10-4。
图3-70 微晶光束线站Se的吸收边的导数谱
图3-71 微晶光束线站Ti的吸收边
图3-72 微晶光束线站Ti的吸收边的导数谱
图3-73 微晶光束线站Zr的吸收边
图3-74 微晶光束线站Zr的吸收边的导数谱
3.聚焦光斑尺寸
利用镀金钨丝扫描，并利用电离室测量光强变化的方法，来测试光斑尺寸。将镀金钨丝安装在衍射仪的测角头上。分别在水平和垂直方向上对钨丝进行扫描，可以得到光斑的水平尺寸和垂直尺寸。
对光斑水平尺寸的测试结果如图3-76、图3-77。为减小测量误差，进行10次测量，结果分别为9.80、9.64、9.56、10.01、9.90、9.88、9.84、9.73、10.05、9.83μm。光斑水平尺寸的平均值为9.82μm。
对光斑垂直尺寸的测试结果如图3-78、图3-79。为了减小测量误差，进行10次测量，结果分别为4.56、4.76、5.27、5.02、4.59、5.12、5.36、4.58、5.08、5.25μm。光斑垂直尺寸的平均值为4.96μm。
图3-75 微晶光束线站12 keV摇摆曲线的测试结果（彩图见图版第6页）
图3-76 微晶光束线站的光斑水平尺寸的测量结果
图3-77 微晶光束线站光斑水平尺寸测量结果的导数曲线及高斯拟合（彩图见图版第6页）
图3-78 微晶光束线站光斑垂直尺寸的测量结果
图3-79 对微晶光束线站光斑垂直尺寸测量结果的导数曲线及高斯拟合（彩图见图版第6页）
4.样品处的光子通量
利用电离室进行测试。电离室的电流值与光子通量之间的转化公式如下。
式中F 1是测量光子通量，单位phs／s；R是电离室读数；6.25×10 18意思是1 A电流为每秒有6.25×1018个电子通过导体；w是空气平均电离能，为33 e V；G是电离室信号增益；E是入射单色光光电子能量，单位e V；Ab air1是电离室的有效吸收率。
实际运行时，X射线由铍窗至样品处还须通过一段空气，铍窗和空气段的吸收需要计入。在12 keV时，铍窗（150μm厚）的透过率为98.725 5%，空气（50.4 cm长度）的透过率为83.125 1%。考虑到测量过程中储存环运行时的流强，光子通量应该为：
为减小测量误差，进行10次测量。电离室读数为（×10-6）：1.301 8、1.304 8、1.309 2、1.316 1、1.307 9、1.311 7、1.309 2、1.314 2、1.305 2、1.308 5。取平均值，电离室读数为1.308 9×10-6。将电离室光强计算公式写成标准程序，则如图3-80所示。
图3-80 微晶光束线站电离室强度计算的标准程序
电离室测得的光子通量为3.66×1011 phs／s。测量时的流强为230.22 m A。计入铍窗和空气的衰减，样品处的光子通量为5.81×1011 phs／s。
5.光束发散角
分别在铍窗前的狭缝slit3处（距离样品点84.5 cm）和样品点处测试光斑尺寸。根据两处光斑的尺寸大小，计算光束的发散角。对样品处光斑尺寸的测试方法同上面“4.样品处的光子通量”。铍窗前狭缝slit3处光斑尺寸的测试方法是，利用狭缝水平和垂直方向的各一片刀片，分别扫描光斑。
式中α和β是水平和垂直的发散角，单位为mrad；H 1和V 1是狭缝处水平和垂直的光斑尺寸，单位为微米；H S和V S是狭缝slit3处水平和垂直的光斑尺寸，单位为微米。
因为狭缝slit3用于限制光斑的大小，在进行光斑的水平尺寸扫描时，扫描的一个位置-4 492μm是用于限制光斑大小的，所以只能向另外一个方向扫描，相应的数据处理方法也和样品点处数据处理的方法不同。狭缝处的水平和垂直光斑尺寸是237μm×149μm（图3-81、图3-82）。如116页第2、3自然段所述，样品点处的光斑尺寸为9.82μm×4.96μm。代入计算公式3-5，光束的发散角是0.27 mrad×0.17 mrad。
图3-81 微晶光束线站样品点处光斑尺寸的水平扫描
图3-82 微晶光束线站样品点处光斑尺寸垂直扫描
6.实验站测试结果
实验站的测试受多种因素影响，如晶体质量、样品点光强波动、光斑位置漂移、测角仪与快门的同步误差、测角仪偏心率所引起的晶体位移，还有诸如样品冷却的位置及距离等，非常复杂，难以一一分析。因此，测试组利用最终的实验结果（溶菌酶晶体的衍射数据采集及处理），来对实验站进行性能测试。这个结果也可反映光束线站的整体性能。
测试中收集了3颗溶菌酶晶体的衍射数据，包括12 keV的数据1套和12.66 keV的数据2套。3套数据均属于高质量数据。下面以12.66 keV的1套数据为例，数据统计如图3-83所示。
图3-83 微晶光束线站溶菌酶晶体衍射数据的HKL3000处理结果
Shell limit：分辨率壳层范围；lower upper angstrom：分辨率壳层上下限的分辨率Å（意思就是，最低分辨率壳层的范围是比如3.88～50Å，1Å＝0.1 nm）；Average I：平均衍射强度；Average error stat：平均误差统计；norm.linear square：正态线性均方；chi**2：χ2（卡方）；all reflections：所有衍射点。
由以上数据可见，如果蛋白质晶体的质量较高，则在BL18U1光束线上可采集到高质量的衍射数据，用于结构解析。
3.7.2.2 蛋白质复合物晶体的光束线站测试结果
复合物线站的测试结果汇总，见表3-24。
表3-24 蛋白质复合物光束线站的测试结果汇总
依照验收大纲，有关各测试指标的验收结果如下所述。
1.能量范围
测试了Fe和Zr的吸收谱（图3-84、图3-85），可以较好地覆盖7～18 keV的能量范围（表3-25）。
图3-84 蛋白质复合物光束线站Fe吸收谱的测量结果
图3-85 蛋白质复合物光束线站Zr吸收谱的测量结果
测试条件见表3-26。
表3-25 蛋白质复合物光束线站能量范围测试条件
2.能量分辨率
摇摆曲线和吸收谱的测量结果见图3-86。
图3-86 蛋白质复合物光束线站在11.936 keV处的摇摆曲线测量结果（彩图见图版第7页）
能量分辨率的测试结果见表3-26。
表3-26 蛋白质复合物光束线站的能量分辨率测试结果
摇摆曲线的测试条件见表3-27。
表3-27 蛋白质复合物光束线站摇摆曲线的测试条件
3.聚焦光斑尺寸
在水平和垂直方向上测量聚焦光斑尺寸，分别如图3-87和图3-88所示。(www.xing528.com)
聚焦光斑尺寸的测试条件见表3-28。
表3-28 蛋白质复合物光束线站聚焦光斑尺寸的测试条件
图3-87 蛋白质复合物光束线站聚焦光斑尺寸的水平测量结果（彩图见图版第7页）
图3-88 蛋白质复合物光束线站聚焦光斑尺寸的垂直测量结果（彩图见图版第7页）
4.光子通量
测试条件见表3-29。
表3-29 蛋白质复合物光束线站光子通量的测试条件
5.光束发散角
蛋白质复合物线站光束发散角的测试结果如图3-89和图3-90所示。
图3-89 蛋白质复合物光束线站水平方向光束发散角的测量结果
图3-90 蛋白质复合物光束线站垂直方向光束发散角的测量结果
以此计算的水平方向发散角为0.052 mrad（图3-89），垂直方向发散角为0.095 mrad（图3-90）。测试条件见表3-30。
表3-30 蛋白质复合物光束线站的光束发散角的测试条件
（续表）
6.实验站测试结果
利用最终的实验结果（衍射数据采集），对实验站进行性能测试。这个结果也可反映光束线站的整体性能。
（1）溶菌酶晶体的衍射数据采集及处理结果
测试中采集了2颗溶菌酶晶体的衍射数据，分别在12 keV（0.103 317 nm）、12.68 keV（0.097 8 nm）下采集。数据统计见图3-91。
图3-91 蛋白质复合物光束线站溶菌酶晶体数据的HKL3000处理结果[13]
利用分子置换法可得到清晰的电子密度图，见图3-92。
整体R因子在6%左右，内壳层R因子在5%左右，数据质量较高。由数据可见，如果蛋白质晶体的质量较高，在BL19U1光束线上可以采集到高质量的衍射数据，用于结构的解析。
（2）硒代晶体的数据采集及分析
硒代晶体是重要的相位解析方法。能否可靠、有效地利用Se的反常散射信号来定位Se原子位置及解析相位，对于束线用户来说非常重要。测试中用1颗硒代晶体进行数据采集及分析。通过HKL3000的处理，可以顺利确定Se原子的位置及解析相位。通过自动建模，可解析结构。解析结构的电子密度如图3-93所示。
3.7.2.3 高通量晶体结构线站的测试结果
高通量晶体结构线站测试结果汇总，见表3-31。
图3-92 蛋白质复合物光束线站溶菌酶晶体分子置换得到的电子密度图（详见下载图3-92，下载网址见31页脚注）
表3-31 高通量晶体结构线站的测试结果汇总
1.能量范围
选择金属Ti和Mo作为测试样品，Ti的吸收边为4.97 keV，Mo的吸收边为19.999 5 keV，可以较好地覆盖所要求的能量范围。先利用Se元素标定单色器的能量（图3-94、图3-95）。
图3-93 蛋白质复合物光束线站硒代数据的测试结果（详见下载图3-93，下载网址见31页脚注）
图3-94 高通量晶体光束线站单色器能量标定的Se吸收边
利用硒（Se）元素进行标定以后，单色器的角度与能量关系在12.658 keV上完全一致；在其他的角度，可能会有所偏差，但不会过大。
然后测试Ti的吸收边（图3-96、图3-97）和Mo的吸收边（图3-98、图3-99）。测试结果表明，光束线的能量调节范围能够覆盖5～20 keV。
图3-95 高通量晶体光束线站单色器能量标定Se吸收边的导数谱
图3-96 高通量晶体光束线站单色器能量标定的Ti吸收边
图3-97 高通量晶体光束线站单色器能量标定Ti吸收边的导数谱
图3-98 高通量晶体光束线站单色器能量标定的Mo吸收边
图3-99 高通量晶体光束线站单色器能量标定Mo吸收边的导数谱
2.能量分辨率
测量Cu的K吸收边，如图3-100所示。
根据实测结果，扫描得到的摇摆曲线半高宽（FWHM）为0.002 15°，12 keV时ctgθ＝5.987，计算得到能量分辨率△E／E＝0.002 15／180×3.141 6×5.987＝2.25×10-4。
3.聚焦光斑尺寸
光斑尺寸的测量是利用衍射仪MD2的测角头。将铜丝固定在其上，分别沿垂直方向和水平方向扫描光斑的光强变化。测角头位移电机的标称分辨率[14]为0.27μm，铜丝扫描的步长（step size）设定为5μm。
图3-100 高通量晶体光束线站Cu的K吸收边
光斑尺寸扫描测量共10次，结果如图3-102、图3-103、表3-32所示。
图3-101 高通量晶体光束线站的12 keV摇摆曲线以及高斯拟合（彩图见图版第8页）
图3-102 高通量晶体光束线站水平光斑尺寸的扫描结果（彩图见图版第8页）
图3-103 高通量晶体光束线站垂直光斑尺寸的扫描结果（彩图见图版第8页）
表3-32 高通量晶体光束线站光斑尺寸的10次测量结果
水平方向光斑尺寸为144.2±0.6μm，垂直方向光斑尺寸为105.2±0.9μm。
4.光子通量
与118—119页“4.样品处的光子通量”给出的方法相同。考虑到实际运行时，X射线由光束线最后的铍窗至样品，通过一段充氦管道（1个大气压，也即1.013×105 Pa）和一段25 cm长的空气段，其中充氦管道对12 keV的X射线的损失小于总通量的5‰，可忽略；25 cm的空气透过率为90%。
铍窗处的电离室读数为9.6×10-7 A。根据编写的计算界面（参见图3-104），计算得到在220 m A情况下，光子通量为2.7×1011 phs／s，则焦点处的光强为2.7×1011×90%＝2.4×1011 phs／s。换算到300 m A时的光子通量为2.4／220×300＝3.3×1011 phs／s。
图3-104 高通量晶体光束线站电离室强度计算公式写成标准程序[15]
5.光束发散角
在焦点前40、70及100 cm处，分别用四刀狭缝（IB-C30-HV）扫描光斑大小（图3-105），通过拟合计算出光束的发散角（表3-33）。
表3-33 高通量晶体光束线站的扫描光斑大小
图3-105 高通量晶体光束线站光束发散角的测量结果（彩图见图版第9页）
拟合得到水平发散角为1.5 mrad，垂直发散角为0.1 mrad。
6.实验站测试结果
利用溶菌酶晶体的衍射数据采集，对实验站进行性能测试。
（1）溶菌酶晶体的衍射数据采集以及处理结果
我们采集了3颗溶菌酶晶体的衍射数据，分别在12 keV和9.537 keV下采集。其中Lys1衍射数据是在12 keV下采集，Lys2和Lys3的衍射数据是在9.537 keV下采集。统计数据见图3-106。
图3-106 高通量晶体光束线站的Lys1晶体衍射数据[16]
利用分子置换法，可以得到清晰的电子密度图，如图3-107、图3-108所示。
图3-107 高通量晶体光束线站Lys1晶体分子置换得到的电子密度图之一（详见下载图3-107，下载网址见31页脚注）
图3-108 高通量晶体光束线站Lys1晶体分子置换得到的电子密度图之二（详见下载图3-108，下载网址见31页脚注）
关于Lys2及Lys3在9.537 keV（0.13 nm）能量下采集的数据，统计分析见图3-109、图3-110。
图3-109 高通量晶体光束线站Lys2晶体在9.537 keV能量下的衍射数据[17]
图3-110 高通量晶体光束线站Lys3晶体在9.537 keV能量下的衍射数据*
对于Lys2（图3-109）及Lys3（图3-110）两颗晶体的衍射数据，从统计结果来看，总的R因子在5%左右，内壳层在3%左右，属于质量较高的数据。由此数据可见，如果蛋白质晶体的质量较高，在BL17B光束线上可以采集到高质量的衍射数据，用于结构解析。
（2）硒代晶体的数据采集及分析
用1颗硒代晶体进行数据采集及分析。可以利用SHELXD找出重原子，但是由于分辨率比较低（0.39 nm），无法使用SHELXE解析相位。衍射图见图3-111、图3-112。SHELXD分析显示，可以找到重原子，见图3-113。
图3-111 高通量晶体光束线站硒代晶体的衍射图（详见下载图3-111，下载网址见31页脚注）
图3-112 高通量晶体光束线站硒代晶体的衍射数据[18]
图3-113 高通量晶体光束线站硒代数据的SHELXD分析结果
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