A-level 化學/AQA/模組 4/結構測定
模組 4 的教學大綱中有三種結構測定技術：質譜法、紅外光譜法和核磁共振（通常為 n.m.r.）波譜法。每種技術都有其自身的用途，它們都對識別化合物有價值 - 這三種技術結合起來，通常足以得出強有力的結論，只要提供相關資料即可。
質譜法的理論在 AS 水平上已經涵蓋了 - 但側重於原子而不是分子識別。概括地說，要測試的樣品化學物質被汽化，然後用電子束電離。由此產生的正離子被光譜儀中的帶電板加速，並被強度可變的電磁鐵偏轉。當電磁鐵調整正確時，離子會被電板以電氣方式檢測到，這些電板接受樣品離子碰撞時產生的電荷，從而產生可測量的（但非常小的）電流。相對電流記錄為電磁鐵強度變化時產生的質荷比，通常表示為“m/z”。
分子使用的基本原理相同 - 產生質荷比，並且峰值可以出現在不同的 m/z 值處，這可能是由於二次電離或組成原子的同位素變化。然而，由於電離時分子發生碎片化 - 基團從分子中脫落，從而在產生的讀數中產生許多更多不同質量的峰值，因此情況變得複雜。
這種鍵裂解會產生碎片離子的混合物，這些碎片離子有時可以用來識別化合物中的官能團 - 雖然並不總是可靠 - 並且使得結果比原子測試複雜得多。
需要注意的主要特徵是
- 由整個分子離子產生的最高主要峰
- 在該峰值之上一個值處的微小峰，是由有機樣品中某些分子中包含碳-13引起的
- 已知官能團質量值的峰值 - 例如 77 幾乎總是代表苯基（含 5 個氫而不是 6 個氫）
請記住，當產生分子離子時，會形成兩種物質 - 離子與自由基。只有離子被光譜儀檢測到，但對於任何給定的分裂物質，兩種物質都會被產生，因此兩種基團都可能在一定程度上被檢測到。
所有分子都能夠將從電磁輻射提供的能量轉換為其組成原子之間鍵的振動。不同的鍵以不同的頻率振動，因此透過將紅外輻射穿過物質樣品，可以觀察到哪些波長被吸收。與已知資料相比，這些透射率下降（或者如果您願意，吸收率上升）可用於分析化合物中存在的官能團。
該過程產生的輸出圖（通常）在 y 軸上具有百分比透射率，在 x 軸上具有“波數” - 與提供的輻射頻率有關。在高吸收區域存在時，軌跡較高並且下降，並且考試試卷上提供了關於每個基團在哪個範圍內引起透射率下降的資料 - 例如，胺中的 N-H 鍵在約 3100 – 3500 cm−1 範圍內形成波谷。
在約 1500 cm−1 以下，大多數圖變得非常複雜，並且具有許多相互作用的波谷 - 這稱為指紋區域，對於任何化合物都是獨一無二的。如果樣品是純淨的並且指紋區域資料可用，則該區域用於最終識別樣品。
這可能是考試中您需要解釋的最複雜的資訊 - 基本原理是，由於所有氫核（即質子）都具有磁自旋，並且可以從射頻輻射中吸收能量以躍遷到更高的能態，因此當核在能態之間振盪時，會發生共振。
質子周圍的電子遮蔽它免受外加磁場的影響，因此吸收頻率根據質子所在的環境而變化。這受分子中附近原子電負性即使很小的變化的影響，並且以“化學位移”（通常用 δ 表示）來衡量 - 標準 n.m.r 譜顯示為一條軌跡，其吸收在 y 軸上，δ 降低在 x 軸上，在發生共振的高吸收點處出現尖峰。
與紅外光譜法一樣，考試試卷上提供了與特定化學基團相關的化學位移資料。