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Die Massenspektrometrie ist eines der wichtigsten qualitativen und quantitativen Analyseverfahren. Mit ihrer Hilfe können kleinste Substanzmengen in verschiedensten Proben nachgewiesen werden. Dadurch hat die Massenspektrometrie eine große Bedeutung in der Spurenanalytik, z. B. in der Umweltchemie, Medizin und in der Toxikologie erlangt. Sie eignet sich aber auch, um Informationen über die Strukturen unbekannter Stoffe zu erhalten. Das grundlegende Prinzip beruht auf der Ionisierung von Teilchen und ihrer anschließenden Trennung in elektrischen und magnetischen Feldern nach ihrer Masse und Ladung.

Eine sehr leistungsfähige und inzwischen unverzichtbare Methode zur Analyse und Identifizierung von Substanzen, sowie zur Strukturaufklärung meist organischer Verindungen ist die NMR-Spektroskopie. Sie basiert auf dem unterschiedlichen Verhalten magnetisch aktiver Atomkerne unter dem Einfluss eines äußeren starken Magnetfeldes. Die am häufigsten untersuchten Kerne sind ${}^1\text{H}$- und ${}^{13}\text{C}$- Kerne aber auch ${}^{31}\text{P}$- und ${}^{19}\text{F}$- Kerne eignen sich für die NMR-Spektroskopie. Eine wichtige Anwendung des Prinzips ist in der medizinischen Diagnostik in Form der MRT (Magnet Resonanz Tomografie) zur Untersuchung von Gewebestrukturen zu finden.

Die Struktur kristalliner Festkörper bestimmt wesentlich dessen Eigenschaften und die daraus resultierenden Anwendungsmöglichkeiten. Zur Analyse der Struktur nutzt man die Röntgenbeugungsanalyse (engl.: X-ray diffraction analysis), indem man Röntgenstrahlen einer geeigneten definierten Wellenlänge an der Gitterstruktur des Festkörpers beugt. Aus dem erhaltenen Beugungsmuster kann man Rückschlüsse auf die Anordnung der Atome, Ionen bzw. Moleküle im Gitter ziehen.
Man unterscheidet zwischen Einkristall- und Pulvermethoden. Aus Einkristallaufnahmen kann man die Struktur unbekannter, reiner Festsubstanzen sehr genau berechnen. Pulveraufnahmen sind weniger genau, lassen sich aber zur Identifizierung von bekannten Feststoffen und zur Reinheitsbestimmung nutzen. Mit aufwändigen Rechenprogrammen können auch aus Pulveraufnahmen Kristallstrukturen unbekannter, neu entdeckter Verbindungen ermittelt werden.