廖鵬，張偉，黃挺

(1.江西省計量測試研究院，南昌 330000；2.中國計量科學研究院化學計量與分析科學研究所，北京 100013)

核磁共振波譜法(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy，NMR)又稱核磁共振波譜，是將核磁共振現象應用于測定分子結構的一種譜學技術，目前，核磁共振波譜的研究主要集中在1H（氫譜）和13C（碳譜）兩類原子核的波譜。核磁共振波譜法是近幾十年發(fā)展起來的新技術，由于核磁共振波譜儀在化學分析中應用范圍越來越廣泛，對于儀器的校準顯得異常緊迫，國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局在2014年2月14日發(fā)布了《超導脈沖傅里葉變換核磁共振譜儀校準規(guī)范》［1］(以下簡稱規(guī)范)，并于2014年5月14日實施。在JJF 1448-2014校準方法中，乙基苯溶液標準物質、氯仿溶液標準物質、氘代苯／p-二氧六環(huán)溶液標準物質各具特點，3種溶液標準物質作為校準方法標樣具有不同的優(yōu)勢。

1 校準規(guī)范中的技術指標類型

JJF 1448-2014適用于300 MHz及以上超導脈沖傅里葉變換核磁共振譜儀的校準，規(guī)范中主要用1H和13C核磁共振信號對儀器進行校準。1H質子的磁旋比較大，其天然豐度比接近99.985%，其絕對靈敏度是所有磁核中最大的；1H是有機化合物中最常見的同位素。13C的特點在于可以研究C骨架，結構信息豐富；化學位移范圍大(0～250)；13C -13C耦合幾率比較?。?3C-1H耦合可以消除，譜圖可以簡化［3］。綜上所述，對于傅里葉變換核磁共振譜儀采取代表性好的1H，13C核磁共振信號作為校準方案是合理的。

規(guī)范表1列出了傅里葉變換核磁共振譜儀主要技術指標。從表中可發(fā)現，高場核磁共振波譜儀的靈敏度、分辨率、線型指標優(yōu)于低場核磁共振波譜儀指標。規(guī)范中表1給出的指標不用于合格性判別，僅供參考。

規(guī)范對儀器本身主要的技術指標都做了相應的規(guī)定，但沒有對化學位移作相關規(guī)定。因為影響化學位移的因素有很多，如誘導效應、共軛效應、磁各向異性效應、氫鍵效應、溶劑效應、樣品的溫度、核磁樣品管大小及轉速的不同都會對化學位移產生影響。只要化學位移在規(guī)定值附近，就可以根據峰的結構、大小、峰組數來判定是否為被測量的標準物質，所以并不將其作為一個量化指標進行分析。

2 乙基苯溶液標準物質的特點及優(yōu)勢

在規(guī)范6.2.1中，采用了乙基苯溶液作為1H譜靈敏度校準標準物質(體積分數為0.1%)：乙基苯溶于氘代氯仿，除氧后密封，乙基苯溶液的相對擴展不確定度優(yōu)于5%(k=2)。圖1為乙基苯溶液標準物質氫譜圖。

圖1 乙基苯溶液標準物質氫譜圖

用乙基苯溶液標準物質校準傅里葉變換核磁共振譜儀的靈敏度有以下優(yōu)勢：

(1)滿足標準物質的基本要求，其穩(wěn)定性、均勻性、量值準確性均符合要求［2］；

(2)化合物簡單，在1H譜中只出現3個峰組，容易判定出甲基峰、亞甲基峰及苯環(huán)峰；

(3)容易區(qū)分出雜質峰、溶劑峰、旋轉邊帶；

(4)溶劑峰對需要測量的靈敏度沒有影響［5］；

(5)1H—13C耦合常數一般為12～15 Hz，亞甲基四重峰的圖譜中能夠分辨出各個峰；

(6)不用加入基準物質四甲基硅烷(TMS)，不對化學位移進行校準；

(7)加入氘代氯仿不但可以消除活潑H的影響，而且可以鎖場；

(8)乙基苯溶液標準物質易制備，價格低廉。

3 氯仿溶液標準物質的特點及優(yōu)勢

在規(guī)范7.3，7.5，7.7中，采用了1%氯仿溶液標準物質：氯仿溶于氘代丙酮，除氧后密封，相對擴展不確定度優(yōu)于5%(k=2)。氯仿溶液標準物質作為1H譜分辨力、線型、定量重復性校準物質，其特點及優(yōu)勢如下：

(1)滿足標準物質的基本要求，其穩(wěn)定性、均勻性、量值準確性都符合要求；

(2)化合物簡單，在1H譜中只出現2個峰組，容易判定出氯仿峰，相對位移為8.05；溶劑峰(氘代丙酮)相對位移為2.05，圖譜簡單，只有氯仿溶液主峰、其衛(wèi)星峰及溶劑峰；

(3)1%氯仿溶液標準物質的信號相對較大，可以滿足200～800 MHz主流工作頻率性能要求；

(4)相同條件下，可以作為規(guī)范7.5的譜圖，得到1H譜線型結果，在8.02主峰兩側各有一個13C的衛(wèi)星峰，這是13C對1H的耦合峰。因為13C豐度低，所以需要1H譜豐度很大時才能看到13C譜，其衛(wèi)星峰高度大約為主峰的0.55%；

(5)由于自旋-自旋耦合的存在，會引起多重峰出現的情況。在多重峰中峰線間的頻率差(峰間隔)為耦合常數，單位為Hz。與化學位移不同的是，外磁場強度的大小不能對耦合常數產生影響，其大小僅與化學鍵的種類和數目相關。規(guī)范7.5的校準項目考查的就是儀器的線型能力。當峰組中存在多重峰時，希望出現的峰形是越窄越好。越窄表明其線型好，在多重峰出現的情況下，不至于出現峰-峰底部重疊，影響積分面積的計算，從而影響定量結果［6］；

(6)信噪比越高表明其靈敏度越高，越有利于準確積分和定量分析；

(7)對于1H譜定量重復性校準，規(guī)范7.7中采用氯仿與丙酮的峰面積比值進行相對標準偏差計算，用相對標準偏差作為定量重復性結果。核磁共振譜儀做定量分析時，可用內標法測定，即分別測定內標物和待測組分的峰面積及相對校正因子，計算出被測樣品的含量。規(guī)范7.7中采用了相對的方式，而不是僅僅對氯仿峰面積做6次相對標準偏差計算，因為峰面積比值的結果更符合儀器實際使用情況，即通過內標的含量大小來確定樣品的含量大小［7］。

4 氘代苯／p-二氧六環(huán)溶液標準物質的特點及優(yōu)勢

13C的天然豐度只有1.108%，所以13C的NMR信號很弱，脈沖傅里葉變換核磁共振譜儀的出現才使13C-NMR成為了可實用的測試手段。脈沖傅里葉變換NMR采用了脈沖發(fā)射，可同時使不同的原子核發(fā)生躍遷，讓它們同時被激發(fā)，在接收機中得到一張隨時間逐步衰減的信號，并且使各種原子核的FID信號進行疊加。從而解決13C天然豐度過低的問題，得到良好的靈敏度。13C的特點在于靈敏度低，分辨力高；譜圖容易解析；可直接觀測不含氫的官能團［8］。

規(guī)范7.2，7.4，7.6中采用了氘代苯／p-二氧六環(huán)溶液[氘代苯／p-二氧六環(huán)以6∶4的體積混合，相對擴展不確定度優(yōu)于5%(k=2)]作為13C靈敏度、分辨率、線型校準時使用的標準溶液。

13C譜靈敏度的計算采用了標準溶液中氘代苯的信號強度與氘代苯至p-二氧六環(huán)譜線間的噪聲峰峰值之比，測量6次，取其平均值為最終結果。氘代苯作為標準溶液不但滿足標準物質的基本要求，同時結構簡單，作為溶劑可以很好地溶解p-二氧六環(huán)，并且可以鎖場。氘代苯在13C-NMR中的位移約為128.06，有三重峰出現，取三重峰里最高強度為Hs，計算信噪比平均值，得到靈敏度結果。p-二氧六環(huán)在去耦的條件下，具有較強信號；去耦的單峰可以用來測定半高寬定義的分辨率、線型和旋轉邊帶；在耦合條件下，采樣時間較長時可提供帶遠程耦合信息的耦合譜等等［4］。

13C譜分辨力與線型分別取p-二氧六環(huán)信號峰的50%，0.55%，0.11%峰高處的峰寬作為結果。需要注意的是，在測定p-二氧六環(huán)碳譜時，需要設置去耦方法，原因是13C-1H之間會有耦合，而1H的天然豐度比13C要高很多。去耦后，p-二氧六環(huán)信號峰出現在化學位移67處。測得50%，0.55%，0.11%峰高處的峰寬作為13C譜分辨力與線型結果。其測量意義跟1H譜線型是相同的。

［1］JJF 1448-2014 超導脈沖傅里葉變換核磁共振譜儀校準規(guī)范［S］.

［2］于德泉，楊峻山.化學分析手冊：第七分冊 核磁共振波譜分析［M］.北京：化學工業(yè)出版社，1999: 1-57.

［3］李紅梅，孟凡敏，盧曉華，等.標準物質質量控制及不確定度評定［M］.北京：中國質檢出版社，中國標準出版社，2014: 4-5.

［4］鐘彩嬌，陳志偉，陳忠.核磁共振譜自動基線校正新方法［J］.波譜學雜志，2014，31(4): 523-534.

［5］王乃興.核磁共振譜學：在有機化學中的應用［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2010.

［6］張偉，黃挺，徐蓓，等.蘇丹紅Ⅰ、Ⅱ標準物質純度的核磁共振法測定［J］.分析測試學報，2010，29(2): 194-198.

［7］韋英亮，莫建光，潘艷坤.磺胺類標準物質期間核查NMR定量方法研究［J］.波譜學雜志，2013，30(3): 371-378.

［8］候明山，陸興軍.高分辨率核磁共振(NMR)波譜學數據表征的實施標準［J］.光譜實驗室，1993，10(6): 34-45.