科技日報記者 劉霞

現(xian)代(dai)化(hua)學(xue)依(yi)賴(lai)分(fen)析(xi)儀(yi)器(qi)。從(cong)實(shi)驗(yan)室(shi)研(yan)究(jiu)單(dan)個(ge)分(fen)子(zi)間(jian)的(de)反(fan)應(ying)到(dao)工(gong)程(cheng)師(shi)運(yun)作(zuo)工(gong)業(ye)反(fan)應(ying)器(qi)製(zhi)造(zao)出(chu)成(cheng)噸(dun)產(chan)品(pin)
，這(zhe)些(xie)工(gong)具(ju)提(ti)供(gong)的(de)信(xin)息(xi)使(shi)化(hua)學(xue)家(jia)能(neng)夠(gou)跟(gen)蹤(zong)分(fen)子(zi)並(bing)洞(dong)悉(xi)它(ta)們(men)的(de)行(xing)為(wei)。近(jin)日(ri)，美(mei)國(guo)化(hua)學(xue)會(hui)所(suo)屬(shu)專(zhuan)業(ye)化(hua)學(xue)期(qi)刊(kan)《化學和工程新聞》在慶祝學會成立100周年的特輯中
，揭示了化學家的“百寶箱”。

核磁共振波譜與成像

很少有分析方法能像核磁共振（NMR）波譜法及其成像分支磁共振成像（MRI）那樣推動化學和醫學實踐的進展。

這些技術依賴於原子核和磁場之間的相互作用
，為研究人員提供了確定固體
、液體和氣體內分子結構的工具，也為給身體組織和內部器官的精細成像提供了“武器”。

20世紀50年代

，商業核磁共振儀器使化學家開始能夠分析相對較小的有機分子。如今，研究人員經常使用這些儀器來研究RNA、DNA，以及其他類型的大分子和大型無機複合物，繼續推進結構生物學、醫學和材料科學等領域的發展。

X射線晶體學

湖北大學研究人員利用X射線晶體學確定了由嗜熱細菌產生的P450酶的結構。

圖片來源：郭瑞庭/陳純琪

X射線晶體學是一門利用X射線來研究晶體中原子排列的學科。更準確地說
，利用電子對X射線的散射作用，可獲得晶體中電子密度的分布情況，再從中分析獲得原子的位置信息
，即晶體結構。

20世紀初，英國物理學家威廉·亨利·布拉格和威廉·勞倫斯·布拉格父子提出了數學理論，可根據觀察到的散射模式推導出晶體的原子結構，並因此摘得1915年諾貝爾物理學獎桂冠
，該理論至今仍是現代X射線晶體學的基石。

近年來
，科學家使用該技術來確定複雜生物結構的3D幾何形狀，例如P450酶，這種酶在細胞藥物代謝中發揮著核心作用。此外
，科學家也借助該技術來了解大分子，如蛋白質和DNA的結構和功能，為藥物設計提供參考。

質譜法

1960年
，美國化學家、全球質譜界泰鬥弗裏德·麥克拉弗蒂（後）和羅蘭德·戈爾克在擺弄質譜儀。

圖片來源：陶氏化學公司

質譜法是純物質鑒定最有力的工具之一
，包括相對分子量測定、化學式的確定及結構鑒定等。

原子、分子或微觀粒子的質量是其最基本的性質之一，長期以來一直被用來識別或確認這些物質的存在。1910niandai，yingguowulixuejiajinxingleyixiezuizaodeyuanzizhiliangtancegongzuo，bingzhichengleyitainengfenbianbaifenzhiyizhiliangdanweidezhipuji，yonglaicedingtongweisudexiangduifengdu，congerjiandingchulexuduotongweisu。

在接下來的幾十年裏，科學家進行了數量驚人的創新。今天，質譜法被用於單細胞和單分子質量測量，推動著生物學和醫學的發展。

色譜法

很久以前
，科學家就開發了分離化學混合物成分的色譜方法。

yixiezuizaodegongzuojizhongyuliyongzufenfenziyufenlizhuzhongkelijieheqiangdudechayilaifenlihetichuntianrancunzaidezhiwusesuhunhewu。bainianlai
，jinguanfenliyuanlifangmiandechuangxinfashankechen，danyiqilingyuquefashenglefantianfudidebianhua。

1950年左右，全手動方法被氣相色譜動力係統所取代。氣相色譜是一種分離揮發性化合物的技術。20世紀70年代
，高效液相色譜法流行起來，為分離和分析各種化合物（包括手性藥物）提供了方法。

顯微鏡和分子成像

在電子顯微鏡最新進展的幫助下，研究人員推斷出了人類起始前複合體的結構

圖片來源：《科學》雜誌

數(shu)百(bai)年(nian)來(lai)
，對(dui)大(da)自(zi)然(ran)充(chong)滿(man)好(hao)奇(qi)的(de)人(ren)們(men)使(shi)用(yong)放(fang)大(da)鏡(jing)來(lai)揭(jie)示(shi)肉(rou)眼(yan)看(kan)不(bu)到(dao)的(de)微(wei)小(xiao)結(jie)構(gou)。在(zai)過(guo)去(qu)一(yi)個(ge)世(shi)紀(ji)裏(li)，科(ke)學(xue)家(jia)設(she)計(ji)出(chu)了(le)能(neng)夠(gou)提(ti)供(gong)前(qian)所(suo)未(wei)有(you)精(jing)確(que)度(du)的(de)原(yuan)子(zi)和(he)分(fen)子(zi)視(shi)圖(tu)的(de)儀(yi)器(qi)。

場離子顯微鏡和透射電子顯微鏡分別於1955年和1970年麵世，生成了金屬樣本中單個原子的圖像。20世紀80niandaichuxiandesaomiaotanzhenxianweijingbujinshikexuejianenggouduiyuanzijinxingchengxiang，haikeyicicaozuoyigeyuanzi，zuzhuangheyanjiunamijiegou。cihou，kexuejiajixuchuangxinheshejifangfa，duiyuelaiyuefuzadefenzijiegoujinxingchengxiang，birurenleiqishiqianfuheti。

超快衍射

建立和破壞化學鍵是化學反應的基本步驟。但由於電子和原子核的不穩定運動通常發生在幾飛秒內，因此追蹤它們絕非易事。

然而

，在過去十年裏，科學家已經設計出了為這些轉瞬即逝的分子“舞蹈動作”拍攝定格照片的方法。這些方法使用X射線自由電子激光器進行Xshexiandechaokuaiyanshe，bingshiyongdianzixiangjijinxingdianzidechaokuaiyanshe。kexuejiakejiangzhexietuxiangpinjiezaiyiqi
，goujianchuyibuhuaxuefanyingdonglixuededianying
，yijieshiyindaofanyingwuxingchengyizhonghuoduozhongchanwudejibenbuzhou。