位相問題

結晶が高分解能 (<1.2 Å) で回折する場合、直接法を使用して初期位相を推定できます。^{[ 1 ]}直接法は、X線結晶学、^{[ 1 ]}中性子結晶学、^{[ 7 ]}および電子結晶学 で使用できます。^{[ 4 ] [ 5 ]}

この方法では、いくつかの初期段階がテストされ、選択されます。もう一つはパターソン法で、これは重原子の位置を直接決定します。パターソン関数は、原子間ベクトルに対応する位置で大きな値を示します。この方法は、結晶に重原子が含まれている場合、または構造の大部分が既に分かっている場合にのみ適用できます。

サブオングストローム領域で回折像を示す分子の場合、一連の位相値を試行錯誤し、得られた電子密度マップに球状構造が現れるまで試行錯誤を繰り返す総当たり法によって位相を決定することが可能です。これは、原子がサブオングストローム領域で観察された際に特徴的な構造を示すためです。この手法は、処理能力とデータ品質によって制限されます。実用上は、極めて少ない回折像で常に高品質の回折像が得られる「小分子」やペプチドに限定されます。

位相は、分子置換法と呼ばれる手法を用いて推定することもできます。この手法では、類似分子の既知の位相を、観測的に決定された対象分子の強度に当てはめます。これらの位相は、同族分子から実験的に得ることも、同じ分子でも結晶が異なる場合に位相が既知であれば、結晶内での分子のパッキングをシミュレーションして理論的な位相を求めることもできます。一般的に、これらの手法は構造解析に大きな偏りをもたらす可能性があるため、あまり好ましくありません。しかし、リガンド結合の研究や、構造がわずかに異なり比較的剛性の高い分子間（例えば、小分子の誘導体化）には有用です。

多くの場合、まず位相の初期セットが決定され、回折パターンの電子密度マップが計算されます。次に、このマップを使用して構造の部分を決定し、その部分を使用して新しい位相セットをシミュレートします。この新しい位相セットは、リファインメントと呼ばれます。これらの位相は元の振幅に再適用され、改良された電子密度マップが導出され、そこから構造が修正されます。このプロセスは、誤差項（通常は${\displaystyle R_{\textrm {free}}}$）は満足のいく値に安定しました。位相バイアス現象のため、誤った初期割り当てが連続する精密化を通じて伝播する可能性があるため、構造割り当ての満足のいく条件は依然として議論の的となっています。実際、配列全体が逆方向にスレッド化されたタンパク質など、いくつかの驚くべき誤った割り当てが報告されています。^{[ 8 ]}