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有机化合物结构测定方法的发展对有机化学的发展起了非常重要的作用.高中有机化学新增质谱、红外光谱、核磁共振氢谱这三大谱图知识的应用逐渐成为高考考试的热点.下面针对高中师生教与学实际，从谱图原理、谱图分析、解题应用几方面做一总结与例析.
一、质谱图
1.谱图原理
质谱分析本是一种物理方法，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同质荷比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器；在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图.
2.谱图分析
在质谱图中，横坐标是质荷比，而纵坐标表示离子的强度，一般用相对丰度表示，即以最强峰（基峰）为100，其他的峰则以此为标准，确定其相对强度.横坐标代表的是分子离子峰及碎片峰，这有助于判断物质的相对分子质量及可能的主要结构，质谱图中质荷比最大值就是样品分子的相对分子质量.纵坐标代表的是分子碎片的稳定程度，这有助于你判断碎片相近的物质区分，比如可以通过质谱图直接判断二甲苯的三种构型，就是利用这个方法.
例1 图1是某有机物A的质谱图，你能确定A的相对分子质量吗？
图1
解析：从有机物A的质谱图上可以看出，质荷比最大的M+为72，故A的相对分子质量为72.
二、红外光谱图
1.谱图原理
在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当.所以，用红外光照射有机物分子时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收，将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来，就得到红外光谱图，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上将处于不同位置，从而可获得分子中含有何种化学键或官能团的信息.
2.谱图分析
红外光谱图通常用波长（λ）或波数（σ）为横坐标，表示吸收峰的位置，组成分子的各种基团都有自己特定的红外特征吸收峰.用透光率（T%）或者吸光度（A）为纵坐标，表示吸收强度，吸收强度与化学基团的含量有关.红外吸收峰的位置与强度反映了分子结构上的特点，可以用来鉴别未知物.
例2 有机物B的相对分子质量为74，其红外光谱图如图2.
图2
B的结构简式为.
解析：由B的红外光谱图可知：可能为醚，且分子中有两个对称—CH3、两个对称—CH2，结合相对分子质量为74可初步确定其结构简式为：CH3CH2OCH2CH3.
三、核磁共振氢谱
1.谱图原理
氢原子具有磁性，如电磁波照射氢原子核，它能通过共振吸收电磁波能量，发生跃迁.用核磁共振仪可以记录到有关信号，处在不同环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，在图谱上出现的位置也不同，各种氢原子的这种差异被称为化学位移.利用化学位移，峰面积和积分值以及耦合常数等信息，进而推测其在碳骨架上的位置.
2.谱图分析
横坐标为化学位移，氢原子在分子中的化学环境不同，而显示出不同的吸收峰，峰与峰之间的差距被称作化学位移；化学位移的大小，可采用一个标准化合物为原点，测出峰与原点的距离，就是该峰的化学位移，现在一般采用（CH3）4Si（四甲基硅烷TMS）为标准化合物，其化学位移值为0.纵坐标为吸收强度.在核磁共振氢谱图中，特征峰的数目反映了有机分子中氢原子化学环境的种类；不同特征峰的强度比（及特征峰的面积比）反映了不同化学环境氢原子的数目比.
例3 相对分子质量不超过100的有机物C，既能与金属钠反应产生无色气体，又能与碳酸钠反应产生无色气体，还可以使溴的四氯化碳溶液褪色.C完全燃烧只生成CO3和H2O.经分析其含氧元素的质量分数为37.21%.经核磁共振检测发现C的氢谱如图3.
图3
C的结构简式为.
解析： 100×37.21%÷16=2.33，C中最多含2个氧原子，由题意可知C中含羧基、碳碳双键，从图3可看出该有机物的核磁共振氢谱中有3个吸收峰，峰面积之比为1∶2∶3，所以有机物分子中有3种氢原子，且数目之比为1∶2∶3.综合上述信息可确定C的结构简式为：
CH2=C—COOHCH3
例4 为了测定某有机物A的结构，做如下实验：
①将2.3 g该有机物完全燃烧，生成0.1 mol CO3和2.7 g水；
②用质谱仪测定其相对分子质量，得如图4（1）所示的质谱图；
③用核磁共振仪处理该化合物，得到如图4（2）所示图谱，图中三个峰的面积之比是1∶2∶3.
④用红外光谱仪处理该化合物，得到如图4（3）所示图谱.
图4
试回答下列问题：
（1）有机物A的相对分子质量是.
（2）有机物A的实验式是.
（3）能否根据A的实验式确定A的分子式（填“能”或“不能”），若能，则A的分子式是（若不能，则此空不填）.
（4）写出有机物A的结构简式.
解析：（1）在A的质谱图中，最大质荷比为46，所以其相对分子质量是46.
（2）在2.3 g该有机物中：
n（C）=0.1 mol
m（C）=0.1 mol×12 g·mol-1=1.2 g
n（H）=2.7 g18 g·mol-1×2=0.3 mol
m（H）=0.3 mol×1 g·mol-1=0.3 g
m（O）=2.3 g-1.2 g-0.3 g=0.8 g
n（O）=0.8 g16 g·mol-1=0.05 mol
则n（C）：n（H）∶n（O）=0.1 mol
∶0.3 mol∶0.05 mol=2∶6∶1，A的实验式是C2H6O.
（3）因为实验式是C2H6O的有机物中，氢原子数已经达到饱和，所以其实验式即为分子式.
（4）A有如下两种可能的结构：CH3OCH3或CH3CH2OH；在核磁共振氢谱中有三个峰，而且三个峰的面积之比是1∶2∶3，根据图4（3）知，A中含有C—H、C—O、O—H，显然A为乙醇.
答案：（1）46 （2）C2H6O （3）能 C2H6O
（4）CH3CH2OH
一、质谱图
1.谱图原理
质谱分析本是一种物理方法，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同质荷比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器；在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图.
2.谱图分析
在质谱图中，横坐标是质荷比，而纵坐标表示离子的强度，一般用相对丰度表示，即以最强峰（基峰）为100，其他的峰则以此为标准，确定其相对强度.横坐标代表的是分子离子峰及碎片峰，这有助于判断物质的相对分子质量及可能的主要结构，质谱图中质荷比最大值就是样品分子的相对分子质量.纵坐标代表的是分子碎片的稳定程度，这有助于你判断碎片相近的物质区分，比如可以通过质谱图直接判断二甲苯的三种构型，就是利用这个方法.
例1 图1是某有机物A的质谱图，你能确定A的相对分子质量吗？
图1
解析：从有机物A的质谱图上可以看出，质荷比最大的M+为72，故A的相对分子质量为72.
二、红外光谱图
1.谱图原理
在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当.所以，用红外光照射有机物分子时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收，将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来，就得到红外光谱图，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上将处于不同位置，从而可获得分子中含有何种化学键或官能团的信息.
2.谱图分析
红外光谱图通常用波长（λ）或波数（σ）为横坐标，表示吸收峰的位置，组成分子的各种基团都有自己特定的红外特征吸收峰.用透光率（T%）或者吸光度（A）为纵坐标，表示吸收强度，吸收强度与化学基团的含量有关.红外吸收峰的位置与强度反映了分子结构上的特点，可以用来鉴别未知物.
例2 有机物B的相对分子质量为74，其红外光谱图如图2.
图2
B的结构简式为.
解析：由B的红外光谱图可知：可能为醚，且分子中有两个对称—CH3、两个对称—CH2，结合相对分子质量为74可初步确定其结构简式为：CH3CH2OCH2CH3.
三、核磁共振氢谱
1.谱图原理
氢原子具有磁性，如电磁波照射氢原子核，它能通过共振吸收电磁波能量，发生跃迁.用核磁共振仪可以记录到有关信号，处在不同环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，在图谱上出现的位置也不同，各种氢原子的这种差异被称为化学位移.利用化学位移，峰面积和积分值以及耦合常数等信息，进而推测其在碳骨架上的位置.
2.谱图分析
横坐标为化学位移，氢原子在分子中的化学环境不同，而显示出不同的吸收峰，峰与峰之间的差距被称作化学位移；化学位移的大小，可采用一个标准化合物为原点，测出峰与原点的距离，就是该峰的化学位移，现在一般采用（CH3）4Si（四甲基硅烷TMS）为标准化合物，其化学位移值为0.纵坐标为吸收强度.在核磁共振氢谱图中，特征峰的数目反映了有机分子中氢原子化学环境的种类；不同特征峰的强度比（及特征峰的面积比）反映了不同化学环境氢原子的数目比.
例3 相对分子质量不超过100的有机物C，既能与金属钠反应产生无色气体，又能与碳酸钠反应产生无色气体，还可以使溴的四氯化碳溶液褪色.C完全燃烧只生成CO3和H2O.经分析其含氧元素的质量分数为37.21%.经核磁共振检测发现C的氢谱如图3.
图3
C的结构简式为.
解析： 100×37.21%÷16=2.33，C中最多含2个氧原子，由题意可知C中含羧基、碳碳双键，从图3可看出该有机物的核磁共振氢谱中有3个吸收峰，峰面积之比为1∶2∶3，所以有机物分子中有3种氢原子，且数目之比为1∶2∶3.综合上述信息可确定C的结构简式为：
CH2=C—COOHCH3
例4 为了测定某有机物A的结构，做如下实验：
①将2.3 g该有机物完全燃烧，生成0.1 mol CO3和2.7 g水；
②用质谱仪测定其相对分子质量，得如图4（1）所示的质谱图；
③用核磁共振仪处理该化合物，得到如图4（2）所示图谱，图中三个峰的面积之比是1∶2∶3.
④用红外光谱仪处理该化合物，得到如图4（3）所示图谱.
图4
试回答下列问题：
（1）有机物A的相对分子质量是.
（2）有机物A的实验式是.
（3）能否根据A的实验式确定A的分子式（填“能”或“不能”），若能，则A的分子式是（若不能，则此空不填）.
（4）写出有机物A的结构简式.
解析：（1）在A的质谱图中，最大质荷比为46，所以其相对分子质量是46.
（2）在2.3 g该有机物中：
n（C）=0.1 mol
m（C）=0.1 mol×12 g·mol-1=1.2 g
n（H）=2.7 g18 g·mol-1×2=0.3 mol
m（H）=0.3 mol×1 g·mol-1=0.3 g
m（O）=2.3 g-1.2 g-0.3 g=0.8 g
n（O）=0.8 g16 g·mol-1=0.05 mol
则n（C）：n（H）∶n（O）=0.1 mol
∶0.3 mol∶0.05 mol=2∶6∶1，A的实验式是C2H6O.
（3）因为实验式是C2H6O的有机物中，氢原子数已经达到饱和，所以其实验式即为分子式.
（4）A有如下两种可能的结构：CH3OCH3或CH3CH2OH；在核磁共振氢谱中有三个峰，而且三个峰的面积之比是1∶2∶3，根据图4（3）知，A中含有C—H、C—O、O—H，显然A为乙醇.
答案：（1）46 （2）C2H6O （3）能 C2H6O
（4）CH3CH2OH