化学家和分子生物学家是如何测定一种复杂物质的成分的？

这个就涉及到化学的一个分支，分析化学。分析化学是发展和应用各种理论、方法、仪器和策略来获取物质的组成和性质的一门科学。通常分为定性分析、定量分析和结构分析，它是化学的“眼睛”。

分析化学又分为经典分析化学和现代仪器分析。经典分析化学是物质间的反应来获取信息。比如反应现象、化学反应计量关系等；现代仪器分析是利用仪器测量物质的某些物质的物理量性质的参数变化的规律而得到的。随着现代科学的发展分析化学可以把物质的很多物理性质用在研究上。并且需要的含量很低，再不破坏原料性质的前提精确分析。下面我简单介绍两个例子来说一下如何分析物质结构。

核磁共振分析

核磁共振在有机化学中是研究C－H骨架及所处的化学环境。简单来说就是氢原子间的相互影响。

当一个原子的原子核的自旋量子数为1/2时，可当做电荷分布均匀的球体。氢原子核就是1/2，所以可以用来研究，所以我们目前使用最多的就是核磁共振氢谱。当氢原子围绕它的自旋轴转动时就会产生磁场。通过转动方向和右手螺线管定则可断磁场方向。如果将转动的氢核周围加一个外加磁场，则氢核就会有两种取向，一种是与外加磁场平行且方向相同。这种情况能量最低，用磁量子数m＝＋1/2表示；另一种是与磁场平行且方向相反，这是能量高，用磁量子数m＝－1/2表示。如下图

两种能态的能量用ΔE表示，有公式ΔE＝2μB0表示。μ是自旋核的磁矩，B0是外加磁感应强度。如下图

换言之，当原子核吸收ΔE的能量后，便产生共振。由低能态向高能态跃迁。所以，为了产生共振，可以用一定频率的电磁波照射。所以又有公式ΔE＝hv0。当体系吸收一定的电磁波能量后，也会跃迁。如上图黄色公式所示，h为普朗克常数，v0就是电磁波频率。

这就是核磁共振的简单原理，看一张核磁共振图谱

可以到它基本都是研究氢原子，由于涉及知识很多，这里就不详细介绍。

红外光谱

红外吸收光谱也叫分子的振动转动光谱。它主要是测定有机物官能团的，是由于物质分子振动能级而产生。

物质的分子也是也是无时无刻振动的，这些振动也是有一定频率的。当一定频率的红外光照射分子时，如果外界红外光的频率和分子的某个基团频率一致，就会发生能级跃迁。并且，分子必须有偶极矩的变化，简单来说偶极矩为0就是非极性分子；偶极矩不为0就是极性分子。当分子在不断振动时，偶极矩都会有瞬时变化。所以，综上来看，当红外光照射分子时，只有当偶极矩变化的振动才能引起可观测的红外光谱。先来看一张图谱

这张图片横坐标是波长或者波数，波长的倒数就是波数。纵坐标是透射率。

你可能会奇怪为什么这个图谱的峰都是倒过来了。当红外光谱被物质吸收后，会引起光照的强度变化。如前所述，横坐标就是光的频率，纵坐标就是光透过物质的透过率。透过率用T%表示。透过率越低，吸收的光就越强，谱带长度就越大。谱带的吸光度和透过率的关系满足以下关系

这个就是朗伯比尔定律。Io和I是入射光和透射光强度，A是吸光度。

红外光谱也不详述，可以看图，每一种基团都会有它特定的振动而产生特定光谱。

通过简单介绍这两种分析仪器，来简单说了一下该如何研究物质结构，分析化学对物质研究功不可没，这两种分析方法只是众多分析方法的一小部分。常见分析方法还有紫外光谱、电位滴定法、极谱分析法色谱法、原子吸收和发射光谱、荧光光谱等。这些众多方法在特定情况下都可以用来分析和研究物质。如果感兴趣可以看一下仪器分析等相关知识！

液相气相色谱了解下，质谱了解下

现在的检测仪都是可以测试的。