液体核磁共振试剂该如何选择?

 液体核磁共振（NMR）测试中，试剂的选择直接影响谱图质量（如信号清晰度、分辨率、干扰程度）和实验成功率。其核心作用是溶解样品并提供稳定的磁场锁定环境（通过氘代试剂的氘核实现），同时需避免干扰样品信号。以下从选择原则、关键因素、常用试剂及适用场景等方面详细介绍：

液体 NMR 试剂的选择需满足三个核心要求：

良好的溶解性：确保样品完全溶解，形成均一、稳定的溶液（浓度通常 5-10 mg/mL，根据核的灵敏度调整）。

化学惰性：不与样品发生反应（如酸碱反应、络合、质子交换等），避免样品结构改变。

信号无干扰：试剂自身的 NMR 信号（尤其是目标核，如 ¹H、¹³C）应已知且与样品信号不重叠，同时纯度高（杂质少）。

1. 氘代试剂的必要性

液体 NMR 几乎必须使用氘代试剂（含氘核 ²H），原因有二：

磁场锁定：氘核（²H）的自旋量子数为 1，可被仪器的锁场系统识别，稳定磁场（避免磁场漂移导致谱线变宽）。

消除试剂信号干扰：普通试剂（如 CHCl₃）中的质子（¹H）会产生强信号，掩盖样品的 ¹H 信号；而氘代试剂（如 CDCl₃）中氘核不产生 ¹H 信号，仅残留少量未氘代的质子（通常＜0.1%），信号弱且位置已知。

注：氘代率（氘取代氢的比例）需≥99.5%，否则未氘代的质子信号会干扰谱图。

2. 样品极性与试剂匹配

试剂的极性需与样品极性一致（“相似相溶”），否则样品无法溶解或溶解度过低，导致信号弱、信噪比差。

非极性 / 弱极性样品（如烷烃、烯烃、芳香烃、小分子有机溶剂）：

选非极性氘代试剂，如氘代氯仿（CDCl₃）、氘代苯（C₆D₆）、氘代环己烷（C₆D₁₂）。

中等极性样品（如酯、酮、醇、胺）：

选中等极性试剂，如氘代丙酮（CD₃COCD₃）、氘代甲醇（CD₃OD）、氘代乙腈（CD₃CN）。

强极性样品（如糖类、氨基酸、水溶性聚合物、离子型化合物）：

选强极性试剂，如氘代水（D₂O）、氘代二甲基亚砜（DMSO-d₆）、氘代三氟乙酸（CF₃COOD）。

3. 信号干扰规避

试剂自身的残留质子（或其他核）信号位置需已知，且与样品目标信号不重叠。例如：

测 ¹H NMR 时，需确认试剂的 ¹H 残留信号（如 CDCl₃的 ¹H 信号在 7.26 ppm）是否与样品的 ¹H 信号区间重叠（如样品芳香区信号可能在 6-8 ppm，需避开 CDCl₃的 7.26 ppm）。

测 ¹³C NMR 时，需注意试剂的 ¹³C 信号（如 CDCl₃的 ¹³C 信号在 77.16 ppm，呈三重峰）是否与样品的 ¹³C 信号重叠。

常见试剂的特征信号位置见下文 “常用试剂表”，可据此预判是否干扰。

4. 化学惰性与样品稳定性

试剂需与样品 “兼容”，避免发生反应：

酸性样品（如羧酸、酚）：避免用碱性试剂（如含胺的试剂），可选 CDCl₃、DMSO-d₆、CF₃COOD（酸性试剂，适合强酸性样品）。

碱性样品（如胺、吡啶）：避免用酸性试剂（如 CF₃COOD），否则可能发生质子化或中和反应，可选 CDCl₃、DMSO-d₆、CD₃OD（中性偏碱）。

含活泼氢的样品（如醇、胺、羧酸）：需注意试剂是否引发质子交换（如 D₂O 中的 D 会与样品的 – OH、-NH₂中的 H 交换，导致活泼氢信号消失）。若需保留活泼氢信号，应选非交换性试剂（如 CDCl₃、C₆D₆）；若无需保留，可用 D₂O 简化谱图。

5. 内标与定标需求

NMR 谱图需通过内标物定标（化学位移零点），常用内标为四甲基硅烷（TMS），其 ¹H 信号在 0 ppm，¹³C 在 0 ppm，化学惰性且易溶于非极性 / 中等极性试剂。但需注意：

强极性试剂（如 D₂O、DMSO-d₆）中 TMS 不溶，需用DSS（2,2 – 二甲基 – 2 – 硅戊烷 – 5 – 磺酸钠） 作为内标（¹H 信号在 0 ppm，溶于水和极性溶剂）。

部分试剂已预装 TMS（如 CDCl₃常含 0.03% TMS），无需额外添加；未预装的需手动加入（约 1-2 滴）。

6. 特殊实验需求

变温实验：需选高温稳定性好的试剂（如 DMSO-d₆，沸点 189℃，可用于 100℃以上实验；CDCl₃沸点 61℃，仅适合常温及以下）。

低浓度样品：选背景信号低的试剂（如高纯度 D₂O、CD₃OD），减少杂质信号干扰。

多核 NMR（如 ³¹P、¹⁹F）：需确保试剂不含目标核（如测 ¹⁹F NMR 时，避免用 CF₃COOD，其 ¹⁹F 信号会强干扰）。

以下为实验室常用试剂的关键参数及适用范围（以 ¹H NMR 为主）：

初步筛选：根据样品极性（通过结构预判，如含羟基 / 羧基为极性，含长链烷基为非极性）选择 2-3 种候选试剂。

溶解性测试：取少量样品（1-2 mg），分别加入候选试剂（0.5 mL），观察是否完全溶解（无沉淀、无分层）。

兼容性检查：若样品含活泼氢或酸碱基团，通过预实验判断是否反应（如 D₂O 中活泼氢信号是否消失，酸性试剂中碱性样品是否变色）。

信号干扰预判：参考试剂残留信号位置，若样品目标信号（如已知官能团的化学位移）与试剂信号重叠，换用其他试剂（如芳香样品避开 C₆D₆的 7.16 ppm，可选 CDCl₃）。

样品不溶：换用溶解能力更强的试剂（如 DMSO-d₆），或加热超声（避免高温破坏样品）；若仍不溶，可尝试混合试剂（如 CDCl₃+ 少量甲醇）。

信号重叠：换用信号位置不同的试剂（如用 C₆D₆使样品信号位移），或通过二维 NMR（如 COSY、HSQC）区分重叠峰。

活泼氢信号消失：若需保留活泼氢，换用非交换试剂（如 CDCl₃）；若无需保留，用 D₂O 简化谱图。

试剂杂质信号：选择高纯度试剂（如氘代率≥99.8%），避免使用过期试剂（可能因降解产生杂质）。

本文源自微信公众号：科研测试站

原文标题：《液体核磁共振试剂该如何选择?》

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/QbbMZu4dAj0RwmKSkFyvlg