A-level 化学/AQA/模块 4/结构测定
模块 4 的教学大纲中有三种结构测定技术：质谱法、红外光谱法和核磁共振（通常为 n.m.r.）波谱法。每种技术都有其自身的用途，它们都对识别化合物有价值 - 这三种技术结合起来，通常足以得出强有力的结论，只要提供相关数据即可。
质谱法的理论在 AS 水平上已经涵盖了 - 但侧重于原子而不是分子识别。概括地说，要测试的样品化学物质被汽化，然后用电子束电离。由此产生的正离子被光谱仪中的带电板加速，并被强度可变的电磁铁偏转。当电磁铁调整正确时，离子会被电板以电气方式检测到，这些电板接受样品离子碰撞时产生的电荷，从而产生可测量的（但非常小的）电流。相对电流记录为电磁铁强度变化时产生的质荷比，通常表示为“m/z”。
分子使用的基本原理相同 - 产生质荷比，并且峰值可以出现在不同的 m/z 值处，这可能是由于二次电离或组成原子的同位素变化。然而，由于电离时分子发生碎片化 - 基团从分子中脱落，从而在产生的读数中产生许多更多不同质量的峰值，因此情况变得复杂。
这种键裂解会产生碎片离子的混合物，这些碎片离子有时可以用来识别化合物中的官能团 - 虽然并不总是可靠 - 并且使得结果比原子测试复杂得多。
需要注意的主要特征是
- 由整个分子离子产生的最高主要峰
- 在该峰值之上一个值处的微小峰，是由有机样品中某些分子中包含碳-13引起的
- 已知官能团质量值的峰值 - 例如 77 几乎总是代表苯基（含 5 个氢而不是 6 个氢）
请记住，当产生分子离子时，会形成两种物质 - 离子与自由基。只有离子被光谱仪检测到，但对于任何给定的分裂物质，两种物质都会被产生，因此两种基团都可能在一定程度上被检测到。
所有分子都能够将从电磁辐射提供的能量转换为其组成原子之间键的振动。不同的键以不同的频率振动，因此通过将红外辐射穿过物质样品，可以观察到哪些波长被吸收。与已知数据相比，这些透射率下降（或者如果您愿意，吸收率上升）可用于分析化合物中存在的官能团。
该过程产生的输出图（通常）在 y 轴上具有百分比透射率，在 x 轴上具有“波数” - 与提供的辐射频率有关。在高吸收区域存在时，轨迹较高并且下降，并且考试试卷上提供了关于每个基团在哪个范围内引起透射率下降的数据 - 例如，胺中的 N-H 键在约 3100 – 3500 cm−1 范围内形成波谷。
在约 1500 cm−1 以下，大多数图变得非常复杂，并且具有许多相互作用的波谷 - 这称为指纹区域，对于任何化合物都是独一无二的。如果样品是纯净的并且指纹区域数据可用，则该区域用于最终识别样品。
这可能是考试中您需要解释的最复杂的信息 - 基本原理是，由于所有氢核（即质子）都具有磁自旋，并且可以从射频辐射中吸收能量以跃迁到更高的能态，因此当核在能态之间振荡时，会发生共振。
质子周围的电子屏蔽它免受外加磁场的影响，因此吸收频率根据质子所在的环境而变化。这受分子中附近原子电负性即使很小的变化的影响，并且以“化学位移”（通常用 δ 表示）来衡量 - 标准 n.m.r 谱显示为一条轨迹，其吸收在 y 轴上，δ 降低在 x 轴上，在发生共振的高吸收点处出现尖峰。
与红外光谱法一样，考试试卷上提供了与特定化学基团相关的化学位移数据。