Кратко по сути — что лучше для каких задач и почему.
IR-спектроскопия
- Что решает лучше: обнаружение характерных функциональных групп (C=O, OH, NH, NO2, C≡C, C≡N и т.п.).
- Почему: вибрационные переходы дают сильные полосы в определённых областях спектра, например карбонильная полоса $\sim 1700{\text{cm}}^{-1}$, широкий O–H $\sim 3200-3600{\text{cm}}^{-1}$.
- Сильные стороны: быстрая, простая подготовка (ATR), хорошо для подтверждения наличия/отсутствия групп, работает с твёрдыми/жидкими образцами.
- Ограничения: ограниченная информация о конституции и стереохимии; полосы перекрываются; малочувствительна к окружению гетероатома в сложных молекулах и к количественной интерпретации.
1H/13C NMR
- Что решает лучше: подробная структура (соединения атомов H/C, взаимная связь, конституция), группировка среды, стереохимия (через скалярные сопряжения и NOE), квантификация относительных количеств протонов.
- Почему: химические сдвиги и спин–спиновые взаимодействия (кулирование) дают информацию о локальной электронной среде и связях; 2D‑эксперименты (COSY, HSQC, HMBC, NOESY) восстанавливают связи и пространственную близость.
- Ключевые параметры: 1H диапазон примерно $\delta =0-12\text{ppm}$, 13C примерно $\delta =0-220\text{ppm}$; типичные константы связи $J=0-18\text{Hz}$.
- Сильные стороны: детальные конституционные и стерео‑данные, количественное отношение протонов по интегралам (1H).
- Ограничения: требует растворимости и относительно большого количества вещества для 13C; 13C чувствительность ниже 1H (обычно значительно), сложные смеси трудно анализировать без выделения; не всегда однозначно определяет молекулярную массу.
Масс‑спектрометрия (MS)
- Что решает лучше: молекулярная масса, суммарная формула (при высокоточной MS), фрагментная структура (подсказки о подструктурах и расположении функциональных групп).
- Почему: измеряется масса/заряд (m/z) и по характеру фрагментации можно восстанавливать части молекулы; HRMS даёт точную массу для определения составной формулы с погрешностью обычно $<5\text{ppm}$ (в зависимости от прибора). Изотопные паттерны указывают на наличие Cl, Br и др.
- Сильные стороны: высокая чувствительность, возможность анализа следовых количеств, совместимость с GC/LC для разделения смесей, быстрая идентификация молекулярного и мономерного веса.
- Ограничения: мало или вовсе не даёт информации о конституции/стереохимии; интерпретация фрагментации требует опыта; некоторые вещества плохо ионизируются в выбранном режиме (EI, ESI, MALDI).
Как их сочетать (коротко)
- MS для молекулярной массы/формулы и изотопной информации; IR для подтверждения функциональных групп; NMR для полной расшифровки конституции и стереохимии.
- Типичный рабочий алгоритм: MS (масса/формула) → IR (наличие ключевых групп) → 1D/2D NMR (подробная связь атомов и стереоразрешение).
Вывод: каждый метод оптимален для своей подсети задач — IR для функциональных групп, NMR для связной и стерео‑информации, MS для массы/формулы и фрагментов; их комбинирование даёт надёжное определение структуры.