簡介
核磁共振氫譜(也稱氫譜)是一種将分子中氫-1的核磁共振效應體現于核磁共振波譜法中的應用。可用來确定分子結構。當樣品中含有氫,特别是同位素氫-1的時候,核磁共振氫譜可被用來确定分子的結構。氫-1原子也被稱之為氕。
簡單的氫譜來自于含有樣本的溶液。為了避免溶劑中的質子的幹擾,制備樣本時通常使用氘代溶劑(氘=2H,通常用D表示),例如:氘代水D2O,氘代丙酮(CD3)2CO,氘代甲醇CD3OD,氘代二甲亞砜(CD3)2SO和氘代氯仿CDCl3。同時,一些不含氫的溶劑,例如四氯化碳CCl4和二硫化碳CS2,也可被用于制備測試樣品。
曆史上,氘代溶劑中常含有少量的(通常0.1%)四甲基矽烷(TMS)作為内标物來校準化學位移。TMS是正四面體分子,其中所有的氫原子化學等價,在譜圖中顯示為一個單峰,峰的位置被定義為化學位移等于0ppm。TMS易于揮發,這樣有利于樣品的還原。現代的核磁儀器可以以氘代溶劑中殘餘的氫-1(如:CDCl3中含有0.01%CHCl3)峰作為參照,因此現在的氘代試劑中通常已經不再添加TMS。
氘代溶劑的應用允許核磁共振儀磁場強度的自然漂移可以被氘頻率-磁場鎖定(也被描述為氘鎖定或者磁場鎖定)所抵消。為了實現氘鎖定,核磁共振儀監視着溶液中氘信号的共振頻率,通過對的調整來保持共振頻率的恒定。另外,氘信号也可以被用來更加準确的定義0ppm,這是因為氘代溶劑的共振頻率以及其與TMS的共振頻率之差都是已知的。
大部分有機化合物的核磁共振氫譜中的表征是通過介于+14pm到-4ppm範圍間化學位移和自旋偶合來表達的。質子峰的積分曲線反映了它的豐度。
簡單的分子有着簡單的譜圖.氯乙烷的譜圖中包含一個位于1.5ppm的三重峰和位于3.5ppm的四重峰,其積分面積比為3:2。苯的譜圖中隻有位于7.2ppm處的單峰,這一較大的化學位移是芳香環中的反磁性環電流的結果。
通過與碳-13核磁共振協同使用,核磁共振氫譜成為了表征分子結構的一個強有力的工具。
化學位移
化學位移符号δ雖稱不上精準但廣泛存在,因此常常作為譜學分析中的重要參考數據。範圍一般在±0.2ppm,有時更大。确切的化學位移值取決于分子的結構、溶劑、溫度及該NMR分析所用的磁場強度及其他相鄰的官能團。氫原子核對鍵結氫原子的混成軌域和電子效應敏感。核子經常因吸引電子的官能基解除屏蔽。未屏蔽的核子會反應較高的δ值,而有屏蔽的核子δ值較低。
官能基如羟基(-OH)、酰氧基(-OCOR)、烷氧基(-OR)、硝基(-NO2)和鹵素等均為吸引電子的取代基。這些取代基會使Cα上相連的氫峰向低場移動大約2-4ppm,Cβ上相連的氫峰向低場移動大約1-2ppm。Cα是與取代基直接相連的碳原子,Cβ是與Cα相連的碳原子.羰基,碳碳雙鍵和芳香環等含“sp2”雜化碳原子的基團會使其Cα上相連的氫原子峰向低場移動約1-2ppm。
需要注意的是,活潑的質子如羟基(-OH)、胺基(-NH2)、巯基(-SH)不會形成明顯的化學位移。不過,這些峰可以通過活潑氫與D2O中的氘的交換作用而消失,因此可以被用來鑒定特征峰。
另見
質譜法
波普爾标記法–用來表示耦合自旋系統的字母。