晶体结构精修:晶体学者的SHELXL软件指南(附光盘1张) [Crystal Structure Refinement:A Crystallographers Guide to SHELXL]

晶体结构精修:晶体学者的SHELXL软件指南(附光盘1张) [Crystal Structure Refinement:A Crystallographers Guide to SHELXL] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

[美] 马勒 等 著,陈昊鸿 译
图书标签:
  • 晶体学
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出版社: 高等教育出版社
ISBN:9787040288803
版次:1
商品编码:10053089
包装:平装
丛书名: 材料科学经典著作选译
外文名称:Crystal Structure Refinement:A Crystallographers Guide to SHELXL
开本:16开
出版时间:2010-03-01
用纸:胶版纸#

具体描述

编辑推荐

  SHELXL是目前国际上使用最广泛的结构精修程序,不仅功能比较强大,而且使用比较方便。《晶体结构精修:晶体学者的SHELXL软件指南)》既是一本面向晶体学者的SHELXL软件指南,也是一本教科书。它涵盖了大量晶体结构精修中可能遇到的难题,一步一步展示晶体结构精修的方方面面,并通过示例文件和详细讲解说明问题、阐述机理。随书光盘提供了重现这些精修过程需要的所有文件,方便读者自行练习和对照。
  对于具有初步×射线晶体结构测定基础、能运行相关软件的入门者,《晶体结构精修:晶体学者的SHELXL软件指南》是一本非常优秀的教材;即使对于多年从事晶体结构解析的专家,《晶体结构精修:晶体学者的SHELXL软件指南》也有很好的参考价值。

内容简介

  《晶体结构精修:晶体学者的SHELXL软件指南》详细介绍了晶体结构精修中的常见问题及其处理技巧,采用具体示例的方式加以说明。《晶体结构精修:晶体学者的SHELXL软件指南》使用晶体学领域内享有盛誉并广泛使用的精修软件——SHELXL。对小分子晶体结构精修中的加氢、原子类型指定、无序、赝对称、孪晶、赝像等方面进行了阐述,讨论了小分子晶体结构验证的必要性和手段,同时对蛋白质等生物大分子的精修和结构验证也进行了概述。书中每个示例的原始数据和各步精修操作的结果文件均附于随书光盘,方便读者自行练习使用。《晶体结构精修:晶体学者的SHELXL软件指南》有助于促进对晶体结构精修知识的理解和运用,掌握先进的结构解析工具,提高晶体结构测定的技术水平。《晶体结构精修:晶体学者的SHELXL软件指南》可以作为具有初步x射线晶体结构测定基础、能运行相关软件的入门者的进修教材,也可以作为相关研究人员的参考书。

作者简介

  Peter MuIler,在德国哥廷根大学George Sheldrick教授(SHEL×程序包的作者)课题组获得了化学与晶体学硕士和博士学位,目前是美国麻省理工学院化学系X射线衍射室主任和首席研究员。长期教授基础晶体学和高级晶体学(包括理论和实验)课程。另外,近几年他还在美国与德国举办过多个结构精修讲习班。
  Regine Herbst-Irmer,著名的孪晶研究专家,1 990年在George SHeldrick教授指导下取得了博士学位。目前她和Sheldrick一起工作于德国哥廷根大学,担任晶体学高级讲师并负责师资培训事务。
  Anthony L.Spek,荷兰乌得勒支大学教授,毕吉伯生物分子研究中心国家单晶服务设施部主任。多年从事晶体学教学工作,致力于发展晶体学软件和研究单晶结构自动验证、孪晶、对称性缺失和赝对称等问题,是广泛用于结构有效性验证的PLATON软件的作者。

内页插图

目录

1 SHELXL
1.1 SHELX程序包
1.1.1 SHELXTL和其他程序
1.2 SHELXL
1.2.1 程序组成
1.2.2 指令文件name.ins
1.2.3 衍射数据文件name.hkl
1.2.4 SHELXL中的数据合并
1.2.5 连通性表

2 晶体结构精修
2.1 最小二乘精修
2.1.1 精修应基于F还是F2——这会成为问题吗?
2.2 弱数据点和高分辨率截断
2.3 残差因子
2.4 参数
2.5 约束
2.5.1 位置占有率因子
2.5.2 特殊位置约束
2.5.3 刚性基团约束
2.5.4 浮动原点约束
2.5.5 氢原子
2.5.6 SHELXL中的约束用法
2.6 限制
2.6.1 几何限制
2.6.2 位移参数的限制
2.6.3 其他限制
2.7 SHELXL中的自由变量
2.8 结果
2.8.1 键长和键角
2.8.2 扭转角
2.8.3 共面原子
2.8.4 氢键
2.8.5 RTAB指令
2.8.6 MORE指令
2.8.7 cif文件
2.9 精修问题

3 氢原子
3.1 氢原子的x-H键长和UEQ数值
3.2 与不同类型原子成键的氢
3.2.1 与碳原子成键的氢
3.2.2 与氮或氧成键的氢
3.2.3 与金属成键的氢
3.3 在SHELXL中定位氢原子
3.3.1 HFIX指令中最常用的m和n取值列表
3.3.2 酸性氢原子的准自由精修
3.4 XHELXL中的氢键信息
3.5 示例
3.5.1 常规氢原子定位操作:C31H54MoN202
3.5.2 zr基氢化物中的氢原子
3.5.3 酸性氢原子和氢键

4 原子类型的指定
4.1 电子皆“蓝色
4.2 化学知识
4.3 晶体学知识
4.4 示例
4.4.1 四联.1 nCl3——N还是O?
4.4.2 钴基化合物
4.4.3 搞混的中心金属原子

5 无序
5.1 无序类型
5.1.1 置换无序
5.1.2 位置无序
5.1.3 混乱——一种特殊的无序
5.2 无序的精修
5.2.1 用SHELXL精修无序
5.3 示例
5.3.1 镓亚胺基硅酸盐——两乙基无序
5.3.2 Ti(Ⅲ)基化合物的无序
5.3.3 按占据无序处理的共晶
5.3.4 溶剂分子无序
5.3.5 结构中三种无序共存——环正聚四苯撑

6 赝对称
6.1 全局赝对称性
6.2 真正NCS
6.3 示例
6.3.1 Pn还是P21/n
6.3.2 [si(NH2)2cH(siMe3)2]2:Pl,z=12

7 孪晶
7.1 孪晶的定义
7.2 孪晶的分类
7.2.1 缺面孪晶
7.2.2 赝缺面孪晶
7.2.3 交错缺面孪晶
7.2.4 非缺面孪晶
7.3 孪晶检验
7.4 结构解析
7.5 孪晶精修
7.6 绝对结构确定
7.7 孪晶的警示
7.8 示例
7.8.1 缺面孪晶
7.8.2 赝缺面孪晶的一个示例
7.8.3 交错缺面孪晶的第一个示例
7.8.4 交错缺面孪晶的第二个示例
7.8.5 非缺面孪晶的第一个示例
7.8.6 非缺面孪晶的第二个示例
7.9 结论

8 赝像
8.1 什么是赝像?
8.1.1 振动
8.1.2 缩短的三重键
8.1.3 氢原子位置
8.1.4 傅里叶截断误差
8.2 什么是非赝像?
8.3 示例
8.3.1 c30H47N9zr5中的傅里叶截断误差

9 结构验证
9.1 验证
9.2 PLATON有效性测试
9.2.1 对称缺失
9.2.2 孔隙
9.2.3 位移椭球
9.2.4 键长和键角
9.2.5 原子类型指定
9.2.6 分子间接触
9.2.7 氢键
9.2.8 连通性
9.2.9 无序
9.2.1 0衍射数据
9.2.1 1精修参数结果
9.3 何时开始验证?
9.4 结束语

10 蛋白质精修
10.1 原子分辨率精修与标准精修的对比
10.11 各向异性位移参数
……
11 蛋白质结构的(交叉)验证
12 总论
参考文献
进阶读物
索引
光盘文件勘误说明

精彩书摘

  3.3 在SHELXL中定位氢原子
  实际SHELxL精修中x-H键长和H-x-H键角一般通过约束条件指定。SHELXL简化了氢原子位置的确定:除了可以生成正确的氢原子位置外,HFIX指令还能对任何指定的c-H以及其他大多数的X-H产生各种必要的约束条件。HFIX指令的一般语法如下:HFIX mn atomnamesm表示几何位置,确定了所要生成的氢原子数目。n则指明程序如何处理氢原子或者原子,后者由原子名称(atomnames)指定。HFIX可以计算合适的氢原子位置,生成这些氢原子并且正确地加人结合这些待定氢原子一起进行的精修所必需的AFIX约束(关于AFIX指令的全面介绍参见第二章)。在.res文件中,新加入的氢原子位于“AFIX mn”行之后,并且其后紧跟着“AFIX 0”行代表这个氢原子区段的结束。新加入的氢原子的各向同性u值由程序自动设为1.2(对甲基则是1.5)。SHELXL可以根据.ins文件指定的温度(温度值放在TEMP命令后,以摄氏度为单位)确定合适的x-H键长。因此指定晶体数据收集的温度十分重要。
  在大多数情况下,n取值为3,用于形容“骑式模型”。这种模型将氢原子看作骑马的人,而非氢原子就是那匹“马”。当精修中非氢原子移动时,氢原子相应跟着移动,好比当马走路的时候,马上的人也跟着马一起移动(假设这个人不会从这匹动物的身上掉下来)。其他经常用于氢原子精修的n值是7和8,两者也表示骑式模型,但是具有额外的自由度(参见下面介绍)。
  3.3.1 HFIX指令中最常用的m和n取值列表
  关于AFIX限制中m和n所有允许取值的有效组合,SHELX用户手册给出了全面、清晰并完整的介绍。下面仅罗列了借助HFIX指令生成氢原子的m和n取值中最常见的九种组合,不算是对这类组合的完整介绍。HFIX 13 理想叔氢(C-H)基团,所有X-C-H角度相等,随后以骑式模型(riding model)精修。HFIX23理想仲氢(CH2)基团,所有X-C-H和Y-c-H的角度相等,以骑式模型精修。H-C-H根据相应正四面体进行计算,如果X-C-Y偏离正四面体分布,该角度将被加宽。HFIX 33理想正四面体分布的CH,基团,以骑式模型精修。

前言/序言

  SHELX简史
  5000行FORTRAN程序代码构成的SHlELX-76起源于1970年左右剑桥大学ICL Titan计算机被IBM-370计算机代替的时候。早期我尝试用Titan Auto-code(一种简单却有效的,比现代高级程序语言更偏向汇编语言的编程语言)编写程序,而随着IBM计算机的到来,出现了两个主要的革新:FOR FRAN编译器和穿孔卡片。我被迫将有关晶体学最小二乘精修的首个作品N0sQuAR:ES程序用另一种程序语言重写,而这是完善它的一个好机会。不过由于我懒于阅读FORTRAN手册或者参加相关培训,所以我用FORTRAN一个非常简单的子集重写了这个程序,得到了原Titan Autocode代码编写的程序的一个“古怪”类似物,并且取消了不利于移植到别的计算机的性能,以便我不用再为了运行于其他计算机而重写这个程序。这种做法的好处是代码高效,这点对当时主流计算机有限的计算和存取速度(约是现代计算机的万分之一)来说是非常重要的。实际上SHELX-76在几乎所有的现代FORTRAN-95编译器中仍然能够编译并且运行正确。
  当时我自认是属于喜欢应用各种物理方法的无机化学家。我的博士论文题目就是《无机氢化物的NMR研究》(导师Evelyn Ebsworth)。当我1978年进入格奥格一奥古斯特一哥廷根大学(即哥廷根大学)后,我发现我的德国同事们比起我来是多么更擅长于“烹饪”(制备化学)。我觉得自己围绕晶体结构解析展开工作将更好,因为当时他们迫切需要表征他们自己合成的所有化合物。
  20世纪60年代,我们擅长使用的结构确定方法之一是气相电子衍射,它可以用于确定相当不稳定的,具有与空气接触就爆炸的特性的-SIH,衍生物的结构。使用这种方法需要先在剑桥大学合成样品并带到格拉斯哥大学,再到曼彻斯特的UMIST。在那里Durward cruickshank拥有国内唯一的可运转的气相电子衍射仪器。在一次访问中,我向Durward提到我将需要做些x射线晶体学的工作,因为不是我们所有的样品都具有足够的挥发性从而可以在气相中确定结构的。并且提到我找到了一台x射线发生器和一台魏森堡相机,但是仍然需要为’Fitan电脑写一个合适的Autocode程序来分析得到的数据。Durward非常友善地提供了一些关于最小二乘精修的意见。
精益求精,洞悉微观:晶体结构解析的理论基石与实践指南 自人类认识到物质的构成单元并非连续均匀,而是由离散的原子排列而成的那一刻起,晶体学便应运而生,开启了探索物质世界微观结构的宏伟征程。晶体结构,如同物质的灵魂,其精确的原子排列方式决定了物质的宏观性质,从硬度、导电性到光学特性,无不烙印着微观世界的秩序。而解析这些结构,更是材料科学、化学、物理学乃至生命科学等众多领域研究的基石。本书,正是致力于为各位致力于精炼晶体结构数据的学者们,提供一套严谨的理论支撑与详尽的实践指导,帮助您在瞬息万变的微观世界中,精准把握物质的本质。 晶体结构解析,并非仅仅是描绘原子位置图谱的艺术,而是一门严谨的科学,融合了数学、物理学、光学以及先进的计算技术。其核心在于通过衍射实验(如X射线衍射、中子衍射、电子衍射等)获得信息,这些信息携带着物质内部原子周期性排列的“指纹”。然而,实验数据本身往往充满了噪声、系统误差以及随机涨落,直接使用这些原始数据进行结构推断,无疑是空中楼阁。因此,结构精修(Structure Refinement)应运而生,它扮演着“画龙点睛”的关键角色,通过一系列复杂的数学模型和优化算法,将模糊的实验信号转化为清晰、精确的原子坐标、热运动参数以及化学计量比等关键信息。 本书将带领读者深入理解结构精修背后的理论根基。我们将从晶体学的基本概念出发,系统梳理晶体的周期性、晶格、晶带、倒易空间等核心理论,为后续的衍射理论铺垫坚实的基础。您将了解布拉格定律如何描述衍射现象,衍射峰的位置和强度又如何与晶体结构产生联系。更重要的是,我们将深入探讨结构因子(Structure Factor)的概念,这是连接实验衍射数据与晶体原子排布的桥梁。从单个原子的散射因子,到晶体中所有原子散射因子的复数叠加,结构因子的大小和相位包含了我们所需的所有信息。然而,实验测量到的衍射强度只是结构因子模的平方,相位的丢失是晶体结构解析中最棘手的“相位问题”。 在明确了理论基础之后,本书将重点聚焦于精修的数学框架。您将接触到最小二乘法(Least Squares Method)这一强大的数学工具,理解它如何通过迭代优化,使得理论计算的衍射图样与实验测量的衍射图样之间的差异最小化。我们将详细阐述精修过程中涉及的各项参数,包括原子坐标(x, y, z)、原子占有率(occupancy)、各项异性热振动参数(Anisotropic Thermal Motion Parameters, ADPs)以及部分占据的原子模型等。您将理解不同参数对精修结果的影响,以及如何选择合适的参数来描述真实的晶体结构。 精修过程中,模型的选择至关重要。对于简单晶体,全原子模型可能足以描述结构。然而,对于复杂材料,如多孔材料、配位聚合物、金属有机框架(MOFs)或具有复杂取代的有机分子,可能需要引入更精细的模型。本书将探讨如何精确描述晶体中的位错、孪晶、微晶等结构缺陷,以及如何处理溶剂分子、配体有序或无序占据的特殊情况。特别是对于高度有序或无序分布的客体分子,如何通过精修来确定其占据位置、取向和动力学行为,将是本书着重探讨的难题。 除了理论知识,本书更强调实践操作的细节。结构精修软件是连接理论与实践的纽带。我们将以一款广受认可的晶体结构精修软件的实际应用为蓝本,带领您一步步熟悉其操作界面、输入文件格式、各种精修选项以及结果的解读。从数据预处理,如衍射数据剔除、数据合并,到建立初始结构模型,再到执行精修循环,直至最后评估精修质量,每一个环节都将详尽讲解。您将学习如何有效地使用约束(Constraints)和固定(Fixed Parameters)来稳定精修过程,如何识别并处理可能出现的过拟合(Overfitting)或欠拟合(Underfitting)问题。 尤其值得一提的是,热振动参数的精修是理解原子动态行为的关键。我们将深入探讨各项同性热振动参数(Isotropic Thermal Motion Parameters, ITDPs)和各项异性热振动参数(Anisotropic Thermal Motion Parameters, ADPs)的物理意义,以及它们如何反映原子在晶格中的振动幅度和方向。对于复杂分子,理解原子间的相互作用以及整体分子的运动模式,对于解释材料的物理化学性质至关重要。本书将指导您如何正确解读和可视化热振动参数,并据此推断分子或离子在晶体中的动态行为。 在完成结构精修之后,精修结果的评估与验证同样不可或缺。本书将介绍多种评价精修质量的指标,如R因子(R-factor)、加权R因子(Weighted R-factor)、GOF(Goodness of Fit)等,并解释它们的物理含义以及如何理解这些数值所反映的精修优劣。您将学会如何通过差值电子云图(Difference Electron Density Map)来识别模型中可能存在的不足之处,并进一步优化模型。此外,还将探讨如何通过晶体学数据库(如CCDC)的检索与比较,以及使用第三方软件进行结构可视化和分析,来验证您的精修结果的可靠性。 此外,本书还将触及一些进阶的精修主题。例如,对于非晶态或微晶材料,如何结合其他衍射技术(如Pair Distribution Function Analysis)与精修方法来解析其短程有序结构。对于具有复杂磁结构或电荷有序的材料,如何通过中子衍射和相应的精修方法来确定其微观有序信息。对于晶体中存在有序或无序分布的溶剂分子、原子空位或取代,如何通过引入虚拟原子、概率模型等方法来精确描述。 在本书的附带光盘中,您将获得一份宝贵的资源。它可能包含精选的结构精修软件的试用版本,常用的晶体学数据库的访问指南,丰富的结构精修示例数据,以及便于您练习的脚本或小程序。这些资源将极大地提升您的学习效率和实践能力,让您能够立即将所学知识应用于实际研究中。 总之,本书并非仅仅是一份软件操作手册,而是一部全面、深入的晶体结构精修领域的“百科全书”。它将帮助您从宏观的晶体学理论,到微观的原子相互作用,再到实际的计算精修技巧,构建起一个完整的知识体系。通过掌握本书所传授的知识和技能,您将能够更自信、更精准地解析复杂的晶体结构,为您的科学研究插上腾飞的翅膀,洞悉物质世界的无限奥秘。无论您是初涉晶体学领域的学生,还是经验丰富的科研工作者,本书都将是您在晶体结构解析道路上不可或缺的得力助手。

用户评价

评分

这本书的名称“晶体结构精修:晶体学者的SHELXL软件指南”非常直观,清晰地表明了它的内容和目标读者。作为一名长期从事晶体学研究的学者,我深知SHELXL在晶体结构解析和精修中的重要地位。然而,要真正精通SHELXL,不仅仅是掌握软件的操作界面,更需要理解其背后的晶体学原理和精修策略。我希望这本书能够不仅仅是停留在软件功能的介绍层面,而是能够深入挖掘SHELXL在处理各种复杂结构问题时的应用方法和理论基础。例如,针对一些具有挑战性的晶体结构,比如含有轻原子、强消光、伪对称性、结构弛豫等情况,SHELXL提供了哪些有效的精修策略和参数设置?书中是否会提供一些经典的案例分析,展示如何利用SHELXL攻克这些难题?我特别关注的是,书中是否会讨论如何利用SHELXL的强大功能来理解晶体的性质,例如,如何通过精修结果来分析晶体的键长、键角、堆积方式,从而推断其物理化学性质?这种理论与实践相结合的阐述,将极大提升这本书的学术价值。

评分

我是一名在读的硕士研究生,课题组的研究方向涉及晶体结构分析,而SHELXL是我们实验室常用的软件之一。虽然老师和师兄师姐们会指导我入门,但很多时候,在实际操作过程中遇到的问题,总会让我感到力不从心。这本书的定位是“晶体学者的SHELXL软件指南”,这正是我目前迫切需要的。我希望这本书能够从最基础的原理讲起,逐步深入到软件的各种高级应用。比如说,书中能否详细讲解如何从实验数据(如X射线衍射图谱)预处理到最终生成可发表的晶体结构报告的全过程?包括但不限于如何选择合适的衍射数据,如何进行数据归一化和吸收因子校正,如何进行初步的结构解析(例如, Patterson函数和直接法),以及如何利用SHELXL进行精密的结构精修,包括原子坐标、热运动参数、占有率等等的优化。另外,对于非单晶衍射数据,这本书是否也会有所涉及?我非常期待这本书能够像一位经验丰富的导师一样,耐心细致地为我解答疑惑,帮助我快速掌握SHELXL的使用技巧,并能够独立完成科研项目中的结构精修任务。

评分

这本书的装帧设计很有质感,封面简洁大方,一看就是专业书籍应有的样子。书页纸张厚实,印刷清晰,排版布局合理,即使长时间阅读也不会感到疲劳。拿到手里沉甸甸的,感觉内容一定非常充实。随书附带的光盘也很有价值,相信里面包含了大量的示例文件和程序,可以帮助我们更好地理解和实践书中的内容。作为一名初学者,对晶体结构精修这个领域感到既兴奋又有些畏惧,希望这本书能够成为我入门的敲门砖,带领我一步步揭开晶体学神秘的面纱。看到这本教材的出现,我感到非常惊喜,终于有一本能够系统地讲解SHELXL软件的书籍问世了。我之前学习SHELXL都是零散地从各种论坛、论文和教程中东拼西凑,效率不高,而且总感觉有些地方理解不够深入。这本书的出现,就像在黑暗中点亮了一盏明灯,让我看到了希望。我非常期待这本书能够详细地介绍SHELXL的各种功能模块,包括数据输入、结构因子计算、参数优化、差值电子云分析等等,并且能够结合实际的晶体结构精修案例,一步步地演示操作过程,让我们能够“跟着做”,而不是“听着懂”。

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我是一名刚刚接触晶体学领域的博士后研究人员,SHELXL软件对我来说既熟悉又陌生。我用过它进行过一些基本的结构精修,但总感觉对它了解不够深入,很多时候是在摸索中前行。这本书的出现,为我提供了一个系统学习和深入理解SHELXL的绝佳机会。我非常期待这本书能够提供一套完整、清晰的SHELXL学习路径,从入门到精通。例如,能否详细讲解SHELXL的输入文件格式,各个指令的含义和用法,以及如何根据具体的实验数据和结构特点来构建和优化输入文件?我特别希望书中能够提供一些关于如何处理和解释精修结果的指导,比如如何解读R因子、GOF等精修指标,如何利用差值电子云图分析结构的缺陷和缺失原子,如何评估精修结果的可靠性和准确性。此外,如果书中还能涵盖一些关于SHELXL与其他晶体学软件的协同使用,或者一些自动化精修的技巧,那将更具实用价值。我希望这本书能够成为我未来研究道路上不可或缺的参考书,帮助我更高效、更准确地完成晶体结构精修工作。

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对于我这样一名在晶体结构精修领域摸爬滚打了几年,但仍然觉得SHELXL用起来不够得心应手的“老”研究者来说,这本书的出现简直是雪中送炭。我一直认为SHELXL是晶体学研究中不可或缺的利器,但它的功能非常强大,很多高级的精修技巧和疑难杂症的解决思路,仅仅依靠官方文档或者零散的经验分享,是很难完全掌握的。我特别希望这本书能够深入剖析SHELXL的算法原理,解释清楚各种参数的物理意义,以及在实际操作中如何根据不同的情况进行调整。例如,如何有效地处理无序、孪生、多晶型等复杂结构,如何进行对称性精修,如何评估精修结果的可靠性等等。如果书中能够包含一些“不为人知”的技巧和窍门,能够帮助我们避免一些常见的陷阱,或者在遇到问题时能够快速找到解决方案,那这本书的价值就难以估量了。我非常期待这本书能够提供一些深入的见解,让我们能够将SHELXL的应用提升到一个新的层次。

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电子皆“蓝色

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是正版的书啊,还没看呢

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蛋白质结构的(交叉)验证

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1.2.3

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示例

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8.3

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F全局赝对称性

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什么是非赝像?

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对于具有初步×射线晶体结构测定基础、能运行相关软件的入门者,《晶体结构精修:晶体学者的SHELXL软件指南》是一本非常优秀的教材;即使对于多年从事晶体结构解析的专家,《晶体结构精修:晶体学者的SHELXL软件指南》也有很好的参考价值。

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