莫弦豐，葛華忠，鄭琰燚

（南京林業(yè)大學(xué)期刊部，南京210037）

核磁共振譜圖分析中化學(xué)位移表達(dá)方式探討

莫弦豐，葛華忠，鄭琰燚

（南京林業(yè)大學(xué)期刊部，南京210037）

針對(duì)稿件中經(jīng)常出現(xiàn)的核磁共振譜圖（NMR）中化學(xué)位移表達(dá)混亂和不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的現(xiàn)象，通過中國(guó)知網(wǎng)和“ScienceDirect”數(shù)據(jù)庫(kù)選擇了 25篇中英文文獻(xiàn)實(shí)例進(jìn)行分析和闡述，結(jié)合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)關(guān)于化學(xué)位移的標(biāo)注情況，提出了較為合理的表達(dá)方式。

核磁共振譜圖；化學(xué)位移；量和單位

核磁共振現(xiàn)象最早是在1945年被發(fā)現(xiàn)的。核磁共振技術(shù)最初主要用于核物理領(lǐng)域，現(xiàn)如今，它已被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、醫(yī)學(xué)、食品學(xué)、遺傳學(xué)、生物學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域，特別是在化學(xué)領(lǐng)域，核磁共振技術(shù)已成為研究化學(xué)動(dòng)力學(xué)和鑒定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的重要方法，常用的主要為核磁共振氫譜（1H NMR）和核磁共振碳譜（13C NMR）。在實(shí)際應(yīng)用中，由于核磁共振譜圖基本都可通過儀器直接導(dǎo)出，在來稿中的表述形式較為多樣，筆者針對(duì)編輯過程中關(guān)于核磁共振譜圖及其分析中普遍存在的化學(xué)位移標(biāo)注問題進(jìn)行探討，以期找出較為合理的表達(dá)方式。

1　核磁共振譜圖坐標(biāo)的量符號(hào)和單位

原子核外的電子會(huì)對(duì)原子核產(chǎn)生一定的屏蔽作用，可用屏蔽常數(shù)（σ）來反映屏蔽作用的大小。當(dāng)原子核所處的化學(xué)環(huán)境不同時(shí)，在核磁共振譜圖中的出峰位置也不同，而由于σ總是遠(yuǎn)小于1，因此，峰的位置較難精確測(cè)定。在實(shí)際操作中通常采用某一標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為基準(zhǔn)，以該物質(zhì)的譜峰位置作為核磁共振圖譜的坐標(biāo)原點(diǎn)，即 δ=0的點(diǎn)，不同官能團(tuán)中原子核出峰位置相對(duì)于原點(diǎn)的距離稱為化學(xué)位移 δ，反映了它們所處的化學(xué)環(huán)境。當(dāng)固定磁場(chǎng)，掃描頻率時(shí)，δ可以按照式（1）計(jì)算［1］：

式中，ν1表示被測(cè)樣品的共振頻率，ν2表示標(biāo)準(zhǔn)物的共振頻率。而當(dāng)固定頻率，掃描磁場(chǎng)時(shí)，δ可以按照式（2）計(jì)算［1］：

式中，B1表示被測(cè)樣品發(fā)生共振時(shí)的磁感強(qiáng)度，B2表示標(biāo)準(zhǔn)物發(fā)生共振時(shí)的磁感強(qiáng)度。

圖1為從文獻(xiàn)［2］中摘錄的C8H14O4的1H NMR譜圖和13C NMR譜圖，其中橫坐標(biāo)為化學(xué)位移 δ，其單位在圖中以“ppm”表示。δ值從左到右逐漸變小，表示磁場(chǎng)增強(qiáng)或者頻率減小的方向；縱坐標(biāo)代表譜峰的強(qiáng)度。由于在實(shí)際應(yīng)用中縱坐標(biāo)軸均可省略表達(dá)，因此，筆者對(duì)于核磁共振譜圖的縱坐標(biāo)不作討論。

通常情況下，“ppm”是“parts per million”的縮寫［3］，中文可直譯為“百萬分之一”，即10-6，因此，“ppm”僅僅是一個(gè)數(shù)量級(jí)的代號(hào)，但是它卻長(zhǎng)期被誤用，特別是在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，用農(nóng)藥中溶質(zhì)質(zhì)量占全部溶液質(zhì)量的百萬分比來表示濃度［4］。而在 1993年頒布的強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB 3101—1993［5］中第2.3.3條明確規(guī)定，不能使用“ppm”“pphm”和“ppb”這類縮寫，因這些縮寫不是法定計(jì)量單位符號(hào)，其含義不明確［6］。

圖1　C8H14O4的核磁共振圖譜

2　中英文文獻(xiàn)中核磁共振譜圖坐標(biāo)表述實(shí)例分析

2.1中文文獻(xiàn)中的核磁共振譜圖表達(dá)及分析

在中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）“高級(jí)檢索”系統(tǒng)中篩選中文科技期刊文獻(xiàn)中核磁共振譜圖的應(yīng)用實(shí)例。由于GB 3101--1993從1994年7月1日起才正式實(shí)施，因此，選擇發(fā)表時(shí)間為1995年1月1日至2015年6月15日的文獻(xiàn)，同時(shí)，以“核磁共振”為“篇名”、以“化學(xué)”為“主題詞”進(jìn)行檢索。在檢索結(jié)果中，勾選“基礎(chǔ)科學(xué)”“工程科技Ⅰ輯”“工程科技Ⅱ輯”和“農(nóng)業(yè)科技”4個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，在“文獻(xiàn)來源”中的15種科技期刊中，分別隨機(jī)選擇一篇既有核磁共振譜圖，又有關(guān)于化學(xué)位移文字表述的文獻(xiàn)進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。

根據(jù)表1，在所統(tǒng)計(jì)的15篇中文文獻(xiàn)中，有6篇文獻(xiàn)中的核磁共振譜圖以“ppm”作為橫坐標(biāo)單位，占總數(shù)的 40%，其中，文獻(xiàn)［12］在“ppm”后面還以括號(hào)的形式標(biāo)注了10-6。上述6篇文獻(xiàn)在文字表述中依舊以“ppm”表示化學(xué)位移的有4篇。

在所統(tǒng)計(jì)的15篇中文文獻(xiàn)中，有9篇文獻(xiàn)中的核磁共振譜圖橫坐標(biāo)單位中均未出現(xiàn)“ppm”，符合國(guó)標(biāo)要求。在這9篇文獻(xiàn)中的文字部分共出現(xiàn)了4種表述化學(xué)位移的方式：①以“化學(xué)位移 數(shù)字”方式表述［15］；②以“δ原子核種類數(shù)字”方式表述［7］；③以“δ 數(shù)字”方式表述［8］；④以“δ=數(shù)字”方式表述［21］。

結(jié)合式（1）和式（2）可知，δ表示的是譜峰距離原點(diǎn)的相對(duì)距離，10-6（ppm）與因數(shù)106已互相抵消，其單位應(yīng)為“1”，因此，在核磁共振譜圖橫坐標(biāo)單位中需去掉“ppm”。筆者認(rèn)為：以“δ 數(shù)字”方式在文字中對(duì)化學(xué)位移進(jìn)行表述較為合理；如果單篇文章中出現(xiàn)了不同原子核類型的核磁共振譜圖，可采用“δ原子核種類數(shù)字”表述方式進(jìn)行區(qū)分。

表1　中文期刊中關(guān)于化學(xué)位移的表述實(shí)例

2.2英文文獻(xiàn)中的核磁共振譜圖表達(dá)及分析

在“ScienceDirect”數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選英文科技期刊文獻(xiàn)中核磁共振譜圖的應(yīng)用實(shí)例。首先在“search all fields”中輸入“NMR”進(jìn)行初步搜索，然后在“All access types”中選擇“Open access articles”，最后在“Topic”中勾選“nmr spectrum”進(jìn)行過濾。在搜索結(jié)果中隨機(jī)選取10個(gè)期刊中近5年各一篇既有核磁共振譜圖，又有關(guān)于化學(xué)位移文字表述的文獻(xiàn)進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。

表2　英文期刊中關(guān)于化學(xué)位移的表述實(shí)例

由表2可知，在所統(tǒng)計(jì)的10篇英文文獻(xiàn)中，有9篇文獻(xiàn)中的核磁共振譜圖以“ppm”作為橫坐標(biāo)單位，占總數(shù)的90%，僅有1篇文獻(xiàn)未注明橫坐標(biāo)單位，這說明“ppm”在國(guó)際上是被廣泛采用的表述核磁共振譜圖化學(xué)位移的代號(hào)。而在所有10篇文獻(xiàn)中的文字部分共出現(xiàn)了3種表述化學(xué)位移的方式：①以“數(shù)字 ppm”方式表述［22］；②以“δ 數(shù)字”方式表述［27］；③以“δ=數(shù)字ppm”方式表述［29］。筆者認(rèn)為，外文期刊中出現(xiàn)這樣的情況：一是因?yàn)椤皃pm”在核磁共振譜圖分析中已經(jīng)是約定俗成的表示化學(xué)位移的單位；二是因?yàn)楦鱾€(gè)國(guó)家可能未對(duì)“ppm”的使用范圍進(jìn)行明確定義。但是根據(jù)式（1）和（2），化學(xué)位移以“ppm”作為單位顯然是錯(cuò)誤的。隨著國(guó)際學(xué)術(shù)交流的深入，我國(guó)科研成果在國(guó)際上所占比例的增加，編輯同仁需在中文期刊上對(duì)此類單位進(jìn)行規(guī)范化處理，借此指導(dǎo)作者在中英文文章中的正確寫作。

3　結(jié)論與建議

關(guān)于核磁共振譜圖化學(xué)位移的表達(dá)方式，中英文期刊中都存在以“ppm”來表示其單位的情況。從化學(xué)位移的計(jì)算公式來看，用“ppm”表示其單位是錯(cuò)誤的，且我國(guó)國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不能使用“ppm”這類縮寫作為單位。筆者建議：以“δ 數(shù)字”方式在文字中對(duì)化學(xué)位移進(jìn)行表述較為合理；如果文章中出現(xiàn)了不同原子核類型的核磁共振譜圖，可采用“δ原子核種類數(shù)字”表述方式進(jìn)行區(qū)分。

對(duì)于核磁共振這類可直接由分析儀器得到的譜圖中存在的不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的問題，編輯需要加強(qiáng)相關(guān)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)和對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)，在稿件處理過程中正確標(biāo)注譜圖中的量和單位。

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