X-光繞射 (X-ray diffraction)與布拉格定律 (Bragg’s Law)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯
X-光繞射(X-ray diffraction)是最常見用來決定固體晶體結構的工具，簡稱為XRD（圖一）。繞射發生於當光束被一規則排列點或線的散射，散射後的同相光產生建 設性干涉，相異相光產生破壞性干涉。如果使用單一波長的X-光來照射晶體，可以觀察到一特殊圖形(pattern)，呈現規則排列亮點（圖二）或亮暗線條 交錯（圖三）。
比爾定律(Beer’s Law)的限制
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯
比爾定律，又稱作比爾──朗伯定律(Beer-Lambert Law)，是一個光學基礎定律。當光穿透樣品溶液時，光的吸收度(A)與吸收係數(
)、光徑長(l)、濃度(c) 三者均呈正比：A=
lc
然而，比爾定律並不適用各種狀況，只適用在某些前提與限制下：
1. 溶液必須是一個均質的溶液，不能存在不均勻的現象。
2. 溶液當中的分子彼此之間不互相作用，例如稀薄溶液。
3. 溶質分子不會因入射光的照射而進行反應。
4. 溶液必須是澄清的，也就是說不能產生散射現象。
5. 僅考慮光的吸收，忽略光的散射、反射等行為。
6. 光源使用單色的平行光。也就是每一束光是相同的波長，且通過相同長度的介質溶液，因為莫耳吸收係數會隨著波長而有所不同。
當測量條件不符合上述前提，以比爾定律計算出的結果就會出現大幅誤差。例如由於濃度的增加，而造成溶液當中組成成分的改變，使得吸光係數並非恆定。例如在水中鉻酸根離子與二鉻酸根離子遵守下列的平衡反應：
比爾定律 (Beer’s Law)與吸收度 (Absorbance)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯
比爾定律，又稱作比爾──朗伯定律(Beer-Lambert Law)，是一個光學基礎定律。當光穿透樣品溶液時，光的吸收度 \((A)\) 與吸收係數 \((\alpha)\)、光徑長 \((l)\)、濃度 \((c)\) 三者均呈正比：\(A=\alpha lc\)
其中 \(\alpha\) 為吸收係數(absorptivity，或稱 absorption coefficient)，亦可稱為消光係數(extinction coefficient, \(k\))。然而，若是在光徑長 \(b\) 使用了 cm 作為單位，並且濃度 \(c\) 使用 \(M\) 作為單位，吸收係數以 \(M^{-1}cm^{-1}\) 作為單位，那麼這時候的吸收係數，即可稱為莫耳吸收係數(molar absorptivity)，其符號以 \(\varepsilon\) 來代表。莫耳吸收係數 \(\varepsilon\) 的使用相當頻繁，以至於還比吸收係數 \(\alpha\) 來的常出現。因此，常見的比爾定律表示方法為：\(A=\varepsilon bc\)
此外，我們需要瞭解的另一個重要定義是光的吸收度(absorbance)。當一束光線照射到一樣品溶液時，部份的光線會被樣品溶液吸收，剩下的光線則穿透樣品溶液，即原本光入射線強度 \(I_0\)，穿透光線強度變為 \(I_1\)，此時光的穿透度 \(T\) (Transmittance)，即光穿透的比例為
圖一、比爾定律吸收光路徑的示意圖。(圖片來源： WIKIPEDIA–Beer–Lambert law)
化學位移 (Chemical Shift)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯
在核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)光譜當中，具有不同化學環境(Chemical environment)原子核由於遮蔽效應(Shielding effect)的關係，在磁場中有不同的共振頻率，此共振頻率的差異稱為化學位移(Chemical shift)。
核磁共振光譜的原理，是透過一些奇數個質子或是中子的原子核，它們會具有核自旋(Nuclear spin)，以及相對應的自旋角動量(Nuclear spin angular momentum)。而由於原子核帶有電荷，因此其自旋時便會產生磁矩，相當於一個小磁鐵。而當我們施加一個相當強大的磁場時，各個能階便會因為和磁場方向不同使得能階之間產生能階差。有了這樣的一個能階差，我們便可以預期當施加一個固定頻率的電磁波時，可以將原子核自較低的自旋能階激發至較高的能階；並且在回到較低能階時，同樣會得到一個電磁波。這一個能階差大致上會隨著所施加的磁場大小的提升而提升。（圖一）
圖一、NMR原理圖。 E1為核自旋方向為逆磁場方向，能量隨外加磁場增加而增加； E2為核自旋方向即順磁場方向，能量隨外加磁場增加而降低。
NMR實驗中觀察到的共振頻率受到分子環境、迴轉磁比(Magnetogyric ratio)和外加磁場Bo的大小的影響而變化。由於分子環境的影響來自於每個原子有個自的電子雲環繞，代表個別小磁場的存在，容易受到相鄰原子磁場的影 響，即為相互的遮蔽。故真正作用於原子核上的磁場Blocal可表示為：
Blocal = Bo (1- 
) 
: 遮蔽效應