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化学结构分析中最主要的4种分析仪器红外图谱、质谱、核磁图谱和紫外图谱，分析仪器的使用对科研人员并不陌生，但谈及其工作机理，大家未必熟悉。本文通过简单的动图解析红外图谱、质谱、核磁图谱和紫外图谱工作机理，使大家一目了然。
紫外可见吸收光谱（UV-vis）
物质分子吸收一定的波长的紫外或可见光时，分子中的价电子会从低能级跃迁到高能级而产生吸收光谱。利用物质的紫外可见光谱及吸收程度可以对物质的组成、含量和结构进行分析、测定、推断。
氙灯发出的光穿过装有样品的比色皿
透射光穿过狭缝到达反射光栅发生衍射
探测CCD接收衍射光转化为数字信号
数据传输形成波谱图
紫外光谱样品要求：1) 样品溶液的浓度必须适当，且必须清澈透明，不能有气泡或悬浮物质存在；2) 固体样品量>0.2 g，液体样品量>2 mL。
红外光谱（IR）
一定频率的红外线经过分子时，被分子中相同振动频率的键振动吸收，记录所得透过率的曲线即为红外光谱。只有引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收。红外吸收光谱主要用于结构分析、定性鉴别及定量分析。
分子振动分为2种形式：伸缩振动和弯曲振动，其中伸缩振动又包含对称和非对称2种模式。
亚甲基振动模式
红外光谱测试原理
红外分析的样品要求：1) 样品必须预先纯化，以保证有足够的纯度；2) 样品须预先除水干燥，避免损坏仪器，同时避免水峰对样品谱图的干扰；3) 易潮解的样品，请用户自备干燥器放置；4) 对易挥发、升华、对热不稳定的样品，请用带密封盖或塞子的容器盛装并盖紧，同时必须在样品分析任务单上注明；5) 对于有毒性和腐蚀性的样品，用户必须用密封容器装好。送样时必须分别在样品瓶标签的明显位置和分析任务单上注明。
红外测试样品制备方法：1、固体样品：压片法、粉末法、薄膜法、糊剂法；2、液体样品：液体试样、液膜法。
我们可以通过红外光谱的特征吸收峰，判断分子的结构式。以下面甲醇红外光谱分析过程为例：
羟基存在判定
甲基存在判定
碳氧键存在判定
核磁共振谱（NMR）
NMR是研究原子核对射频辐射的吸收，在外加磁场的作用下，自旋核吸收电磁波的能量后从低自旋能级跃迁到高自旋能级，所得到的的吸收图谱为核磁共振谱。核磁共振谱可用于研究分子结构、构型构象、分子动态等，它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一，有时亦可进行定量分析。
NMR结构
进样过程
样品在磁场中
当外加射频场的频率与原子核自旋进动的频率相同时，射频场的能量才能被有效吸收，因此对于给定的原子核，在给定的外加磁场中，只能吸收特定频率射频场提供的能量，由此形成核磁共振信号。
数据输出过程
核磁样品要求：1) 送检样品纯度一般应>95% ，无铁屑、灰尘、滤纸毛等杂质。一般有机物须提供的样品量：1H谱>5 mg，13C谱>15 mg，对聚合物所需的样品量应适当增加；2) 本仪器配置仅能进行液体样品分析，要求样品在某种氘代溶剂中有良好的溶解性能，送样者应先选好所用溶剂。本室常备的氘代溶剂有氯仿、重水、甲醇、丙酮、DMSO、苯、邻二氯苯、乙腈、吡啶、醋酸、三氟乙酸；3) 请送样者尽量提供样品的可能结构或来源。如有特殊要求(如检测温度、谱宽等)请说明。
质谱（MS）
用电场和磁场将运动的离子按它们的质荷比分离，然后测量各种离子谱峰的强度实现分析。质谱仪一般由样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器、数据处理系统等部分组成，可以用于测定相对分子质量、化合物分子式及结构式。
离子产生
离子收集
离子传输
FT-ICR质谱的分析器是一个具有均匀（超导）磁场的空腔，离子在垂直于磁场的圆形轨道上作回旋运动，回旋频率仅与磁场强度和离子的质荷比有关，因此可以分离不同质荷比的离子，并得到质荷比相关的图谱。
离子回旋运动
傅里叶变换
质谱样品：适合分析相对分子质量为50~2000 μ的液体、固体有机化合物样品，试样应尽可能为纯净的单一组分。
来源：易科学
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