核磁共振波谱法测定扑热息痛氢谱
核磁共振波谱法测定扑热息痛氢谱
核磁共振（NMR ）波谱是一种基于特定原子核在外磁场中吸收了与其裂分能级间能量差相对应的射频场能量而产生共振现象的分析方法。核磁共振波谱通过化学位移值、谱峰多重性、偶合常数值、谱峰相对强度和在各种二维谱及多维谱中呈现的相关峰，提供分子中原子的连接方式、空间的相对取向等定性的结构信息。核磁共振定量分析以结构分析为基础，在进行定量分析之前，首先对化合物的分子结构进行鉴定，再利用分子特定基团的质子数与相应谱峰的峰面积之间的关系进行定量测定。
核磁共振波谱是一专属性较好但灵敏度较低的分析技术。低灵敏度的主要原因是基态和激发态的能量差非常小，通常每十万个粒子中两个能级间只差几个粒子（当外磁场强度约为 2 T时）。
核磁共振波谱仪常见的有两类：经典的连续波（CW ）波谱仪和现代的脉冲傅里叶变换（PFT ）波谱仪，目前使用的绝大多数为后者。其组成主要包含超导磁体、射频脉冲发射系统、核磁信号接收系统和用于数据采集、储存、处理以及谱仪控制的计算机系统。
在脉冲核磁共振波谱仪上，一个覆盖所有共振核的射频能量的脉冲将同时激发所有的核，当被激发的核回到低能态时产生一个自由感应衰减（FID ）信号，它包含所有的时间域信息，经模数转换后通过计算机进行傅里叶变换得到频（率）谱。
核磁共振谱中核磁共振信号（峰）可提供四个重要参数：化学位移值、谱峰多重性、偶合常数值和谱峰相对强度。处于不同分子环境中的同类原子核具有不同的共振频率，这是由于作用于特定核的有效磁场由两部分构成：由仪器提供的特定外磁场以及由核外电子云环流产生的磁场（后者一般与外磁场的方向相反，这种现象称为“屏蔽”）。处于不同化学环境中的原子核，由于屏蔽作用不同而产生的共振条件差异很小，难以精确测定其绝对值，实际操作时采用一参照物作为基准，精确测定样品和参照物的共振频率差。在核磁共振波谱中，一个信号的位置可描述为它与另一参照物信号的偏离程度，称为化学位移。
核磁共振谱中通常应用最多的是H （质子）核磁共振波谱，其他还包括 F 、P 、C 核磁共振波谱以及各种二维谱等。测定前，一般须先将供试品制成合适的溶液。合适的溶剂除了对样品有较好的溶解度外，其残留的信号峰应不干扰所分析样品的信号峰。氘代溶剂同时提供异核锁信号。应尽可能使用高氘代度、高纯度的溶剂，并注意氘原子会对其他原子信号产生裂分。
常用的化学位移参照物是四甲基硅烷（TMS ），其优点是化学惰性；单峰；信号处在高场，
1
19
31
13
与绝大部分样品信号之间不会互相重叠干扰；沸点很低（27℃），容易去除，有利于样品回收。而对于水溶性样品，常用3-三甲基硅基丙酸钠-d4（TSP ）或2，2-二甲基-2-硅戊基-5-磺酸钠（DSS ），其化学位移值也非常接近于零。DSS 的缺点是其三个亚甲基质子有时会干扰被测样品信号，适于用作外参考。
本次实验所用扑热息痛，商品名称有百服宁、必理通、泰诺、醋氨酚等。该品国际非专有药名为Paracetamol 。它是最常用的非抗炎解热镇痛药，解热作用与阿司匹林相似，镇痛作用较弱，无抗炎抗风湿作用，是乙酰苯胺类药物中最好的品种。特别适合于不能应用羧酸类药物的病人。用于感冒、牙痛等症。
扑热息痛
1 实验仪器与试剂
1.1 仪器
超导核磁波谱共振仪（VARIAN,inova600, 美国）、核磁管（5mm 管径） 1.2 试剂
氘代丙酮（ACETONED6(D,99.9%)+1%v/vTMS,Cambridge Isotope Laborataries,Inc.）、样品扑热息痛（实验室提供，优级纯）
2 方法与结果
2.1 方法
1. 扑热息痛试样2mg 左右完全溶解于氘代丙酮中，溶液要完全澄清。 2. 检查核磁管是否完好无损。用模具预测核磁管在核磁仪中的位置。 3. 将核磁管置于核磁仪中进行参数设置。 4. 匀场至基线平稳，确定参数。
5. 检测：先进行预扫描，确定图谱质量没问题再进行多次扫描。 6. 打印图谱。 2.2 结果
峰号 1 2 3 4 5
化学位移δ 2.085 6.787、6.799 7.470、7.473
8.258 9.050
积分线高度
3.46 2.17 2.16 1.03 1.00
质子数 3 2 2 1 1
峰形 单峰 二重峰 二重峰 单峰 单峰
归属 -CH 3 苯环H 苯环H -OH （酚羟基）
-NH-
附表1图谱中：
①δ=0，单峰是标准物TMS 的峰。
②δ=2.085，单峰，根据积分线高度可以确定此位有3个氢，峰形为单峰可推断为-CH 3的峰，正常甲基峰的峰位在1附近，化学位移增大说明连有吸电子基团。-CO-羰基具有强吸电子效应，使甲基的化学位移增大。
③δ≈6.8、7.5，双二重峰，4H ，是对位取代的苯环氢的特征峰。苯环为对位取代，取代基为不同的基团。 附表2图谱中：
①δ=6.787、6.799，因为连接在苯环上的-OH 有供电子效应，导致苯环上的电子云密度增加，根据“高场低位”原则，所以其邻位的H 化学位移值减少。
②δ=7.470、7.473，为与乙酰氨基相连C 的邻位C 上的氢，-NH 具有吸电效应，但-NH-又连有吸电子基团C=O，所以吸电子效应减弱。根据“低场高位”原则，其对应的苯环上的H 的化学位移值较大。
③δ=8.258，单峰，1H ，为-OH 。酚羟基的峰一般在4-10范围内。由于苯环上的-OH 有供电子效应，O 的孤对电子与苯环共轭，使得氧上电子云密度减少，且苯环的磁效应使-OH 处于去屏蔽效应区，所以其化学位移较醇羟基增大。
④δ=9.050，单峰，1H ，为-NH-的峰。-N 对氢有吸电子作用，乙酰基为强吸电子基团，叠加作用使-NH-上的H 化学位移值增大。
3 讨论
（1）核磁共振波谱法若使用H 谱，样品用2mg 左右，因为实验属于定型实验所以不需要精确样品量；C 谱使用样品量约为2-5mg ，若使用C 13谱因为C 含量少，峰强度弱，所以需扫描次数多，时间长；溶液过稀也会延长扫描时间。
（2）核磁管中加入溶剂溶解样品后，要对光检查核磁管是否有裂缝，如有裂缝会导致溶
液外渗，污染探头；同时检查样品是否溶解完全，要保证样品溶液澄清，否则会影响图谱质量。
（3）将装好样品的核磁管放入探头前先用模型探头确定大概深度，如果核磁管放入探头太深会损坏探头，放入太浅无线电波无法照到样品，影响扫描；样品放入磁场前，进样口要先给气流，托住样品再缓慢放入，否则会损坏核磁管。
（4）样品放入后，首先要匀场：a. 选溶剂b. 找匀场参数c. 调试d. 仪器自动匀场。每次扫描时间间隔要保证第一次扫描打击后，原子核能量恢复再打击第二次，通常大分子化合物恢复间隔时间长，因为其结构复杂；湿度设置通常在-80-+80℃测定范围内，不同溶剂所需湿度不同，具体溶剂具体设置；本实验样品中有苯环，它对湿度无特殊要求；若样品中含有水分，要压制水分峰（δ=4.9），否则干扰测定。
（5）正式扫描前先进行预扫描，确定图谱质量没问题再进行多次扫描。
（6）核磁共振仪核心构造为强磁场，导电线圈在低温下线圈变为超级导体，所以用液He 保护磁场（-273℃），但液He 成本高且有挥发性，不能直接与外界接触接触，故用液N 层进行保护（-160℃），降低液He 挥发量，当液N 层量小于50%，要及时补充来保护液He 及磁场。
（7）一般核磁共振仪安置间人员不可随便入内，因为强磁场对手机，钥匙等金属制品有干扰或破坏，尤其对带有医疗器械的病人有影响，所以进入安置间前要检查随身携带物品，保护自己与物品安全。
（8）选择溶剂时主要考虑对试样的溶解度，不产生干扰信号，所以氢谱常使用氘代溶剂，常用的有D 2O 、CDcl 3、甲醇-d 4、乙醇-d 6、丙醇-d 6等。
（9）制备试样溶液时常需加入标准物，以有机溶剂溶解试样时，常用TMS 为标准物；以重水为溶剂溶解试样时，可采用4,4-二甲基-4-硅代戊磺酸钠（DDS ），这两种标准物的甲基屏蔽效应都很强，共振峰出现在高场，一般氢核的共振峰都出现在它们的左侧，因而规定它们的δ值为0.00ppm 。
（10）测定时应考虑有足够的峰宽，当待测物可能含有酚羟基、烯醇基、羧基及醛基等，图谱需扫描至δ10ppm 以上；当待测物可能含有活泼H （OH 、NH 、SH 及COOH 等）时，可进行重水交换，以证明其是否存在。
核磁共振波谱法测定扑热息痛氢谱
核磁共振波谱法测定扑热息痛氢谱
核磁共振（NMR ）波谱是一种基于特定原子核在外磁场中吸收了与其裂分能级间能量差相对应的射频场能量而产生共振现象的分析方法。核磁共振波谱通过化学位移值、谱峰多重性、偶合常数值、谱峰相对强度和在各种二维谱及多维谱中呈现的相关峰，提供分子中原子的连接方式、空间的相对取向等定性的结构信息。核磁共振定量分析以结构分析为基础，在进行定量分析之前，首先对化合物的分子结构进行鉴定，再利用分子特定基团的质子数与相应谱峰的峰面积之间的关系进行定量测定。
核磁共振波谱是一专属性较好但灵敏度较低的分析技术。低灵敏度的主要原因是基态和激发态的能量差非常小，通常每十万个粒子中两个能级间只差几个粒子（当外磁场强度约为 2 T时）。
核磁共振波谱仪常见的有两类：经典的连续波（CW ）波谱仪和现代的脉冲傅里叶变换（PFT ）波谱仪，目前使用的绝大多数为后者。其组成主要包含超导磁体、射频脉冲发射系统、核磁信号接收系统和用于数据采集、储存、处理以及谱仪控制的计算机系统。
在脉冲核磁共振波谱仪上，一个覆盖所有共振核的射频能量的脉冲将同时激发所有的核，当被激发的核回到低能态时产生一个自由感应衰减（FID ）信号，它包含所有的时间域信息，经模数转换后通过计算机进行傅里叶变换得到频（率）谱。
核磁共振谱中核磁共振信号（峰）可提供四个重要参数：化学位移值、谱峰多重性、偶合常数值和谱峰相对强度。处于不同分子环境中的同类原子核具有不同的共振频率，这是由于作用于特定核的有效磁场由两部分构成：由仪器提供的特定外磁场以及由核外电子云环流产生的磁场（后者一般与外磁场的方向相反，这种现象称为“屏蔽”）。处于不同化学环境中的原子核，由于屏蔽作用不同而产生的共振条件差异很小，难以精确测定其绝对值，实际操作时采用一参照物作为基准，精确测定样品和参照物的共振频率差。在核磁共振波谱中，一个信号的位置可描述为它与另一参照物信号的偏离程度，称为化学位移。
核磁共振谱中通常应用最多的是H （质子）核磁共振波谱，其他还包括 F 、P 、C 核磁共振波谱以及各种二维谱等。测定前，一般须先将供试品制成合适的溶液。合适的溶剂除了对样品有较好的溶解度外，其残留的信号峰应不干扰所分析样品的信号峰。氘代溶剂同时提供异核锁信号。应尽可能使用高氘代度、高纯度的溶剂，并注意氘原子会对其他原子信号产生裂分。
常用的化学位移参照物是四甲基硅烷（TMS ），其优点是化学惰性；单峰；信号处在高场，
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与绝大部分样品信号之间不会互相重叠干扰；沸点很低（27℃），容易去除，有利于样品回收。而对于水溶性样品，常用3-三甲基硅基丙酸钠-d4（TSP ）或2，2-二甲基-2-硅戊基-5-磺酸钠（DSS ），其化学位移值也非常接近于零。DSS 的缺点是其三个亚甲基质子有时会干扰被测样品信号，适于用作外参考。
本次实验所用扑热息痛，商品名称有百服宁、必理通、泰诺、醋氨酚等。该品国际非专有药名为Paracetamol 。它是最常用的非抗炎解热镇痛药，解热作用与阿司匹林相似，镇痛作用较弱，无抗炎抗风湿作用，是乙酰苯胺类药物中最好的品种。特别适合于不能应用羧酸类药物的病人。用于感冒、牙痛等症。
扑热息痛
1 实验仪器与试剂
1.1 仪器
超导核磁波谱共振仪（VARIAN,inova600, 美国）、核磁管（5mm 管径） 1.2 试剂
氘代丙酮（ACETONED6(D,99.9%)+1%v/vTMS,Cambridge Isotope Laborataries,Inc.）、样品扑热息痛（实验室提供，优级纯）
2 方法与结果
2.1 方法
1. 扑热息痛试样2mg 左右完全溶解于氘代丙酮中，溶液要完全澄清。 2. 检查核磁管是否完好无损。用模具预测核磁管在核磁仪中的位置。 3. 将核磁管置于核磁仪中进行参数设置。 4. 匀场至基线平稳，确定参数。
5. 检测：先进行预扫描，确定图谱质量没问题再进行多次扫描。 6. 打印图谱。 2.2 结果
峰号 1 2 3 4 5
化学位移δ 2.085 6.787、6.799 7.470、7.473
8.258 9.050
积分线高度
3.46 2.17 2.16 1.03 1.00
质子数 3 2 2 1 1
峰形 单峰 二重峰 二重峰 单峰 单峰
归属 -CH 3 苯环H 苯环H -OH （酚羟基）
-NH-
附表1图谱中：
①δ=0，单峰是标准物TMS 的峰。
②δ=2.085，单峰，根据积分线高度可以确定此位有3个氢，峰形为单峰可推断为-CH 3的峰，正常甲基峰的峰位在1附近，化学位移增大说明连有吸电子基团。-CO-羰基具有强吸电子效应，使甲基的化学位移增大。
③δ≈6.8、7.5，双二重峰，4H ，是对位取代的苯环氢的特征峰。苯环为对位取代，取代基为不同的基团。 附表2图谱中：
①δ=6.787、6.799，因为连接在苯环上的-OH 有供电子效应，导致苯环上的电子云密度增加，根据“高场低位”原则，所以其邻位的H 化学位移值减少。
②δ=7.470、7.473，为与乙酰氨基相连C 的邻位C 上的氢，-NH 具有吸电效应，但-NH-又连有吸电子基团C=O，所以吸电子效应减弱。根据“低场高位”原则，其对应的苯环上的H 的化学位移值较大。
③δ=8.258，单峰，1H ，为-OH 。酚羟基的峰一般在4-10范围内。由于苯环上的-OH 有供电子效应，O 的孤对电子与苯环共轭，使得氧上电子云密度减少，且苯环的磁效应使-OH 处于去屏蔽效应区，所以其化学位移较醇羟基增大。
④δ=9.050，单峰，1H ，为-NH-的峰。-N 对氢有吸电子作用，乙酰基为强吸电子基团，叠加作用使-NH-上的H 化学位移值增大。
3 讨论
（1）核磁共振波谱法若使用H 谱，样品用2mg 左右，因为实验属于定型实验所以不需要精确样品量；C 谱使用样品量约为2-5mg ，若使用C 13谱因为C 含量少，峰强度弱，所以需扫描次数多，时间长；溶液过稀也会延长扫描时间。
（2）核磁管中加入溶剂溶解样品后，要对光检查核磁管是否有裂缝，如有裂缝会导致溶
液外渗，污染探头；同时检查样品是否溶解完全，要保证样品溶液澄清，否则会影响图谱质量。
（3）将装好样品的核磁管放入探头前先用模型探头确定大概深度，如果核磁管放入探头太深会损坏探头，放入太浅无线电波无法照到样品，影响扫描；样品放入磁场前，进样口要先给气流，托住样品再缓慢放入，否则会损坏核磁管。
（4）样品放入后，首先要匀场：a. 选溶剂b. 找匀场参数c. 调试d. 仪器自动匀场。每次扫描时间间隔要保证第一次扫描打击后，原子核能量恢复再打击第二次，通常大分子化合物恢复间隔时间长，因为其结构复杂；湿度设置通常在-80-+80℃测定范围内，不同溶剂所需湿度不同，具体溶剂具体设置；本实验样品中有苯环，它对湿度无特殊要求；若样品中含有水分，要压制水分峰（δ=4.9），否则干扰测定。
（5）正式扫描前先进行预扫描，确定图谱质量没问题再进行多次扫描。
（6）核磁共振仪核心构造为强磁场，导电线圈在低温下线圈变为超级导体，所以用液He 保护磁场（-273℃），但液He 成本高且有挥发性，不能直接与外界接触接触，故用液N 层进行保护（-160℃），降低液He 挥发量，当液N 层量小于50%，要及时补充来保护液He 及磁场。
（7）一般核磁共振仪安置间人员不可随便入内，因为强磁场对手机，钥匙等金属制品有干扰或破坏，尤其对带有医疗器械的病人有影响，所以进入安置间前要检查随身携带物品，保护自己与物品安全。
（8）选择溶剂时主要考虑对试样的溶解度，不产生干扰信号，所以氢谱常使用氘代溶剂，常用的有D 2O 、CDcl 3、甲醇-d 4、乙醇-d 6、丙醇-d 6等。
（9）制备试样溶液时常需加入标准物，以有机溶剂溶解试样时，常用TMS 为标准物；以重水为溶剂溶解试样时，可采用4,4-二甲基-4-硅代戊磺酸钠（DDS ），这两种标准物的甲基屏蔽效应都很强，共振峰出现在高场，一般氢核的共振峰都出现在它们的左侧，因而规定它们的δ值为0.00ppm 。
（10）测定时应考虑有足够的峰宽，当待测物可能含有酚羟基、烯醇基、羧基及醛基等，图谱需扫描至δ10ppm 以上；当待测物可能含有活泼H （OH 、NH 、SH 及COOH 等）时，可进行重水交换，以证明其是否存在。