核磁共振譜圖分析中化學位移表達方式探討

莫弦豐，葛華忠，鄭琰燚

（南京林業(yè)大學期刊部，南京210037）

核磁共振譜圖分析中化學位移表達方式探討

莫弦豐，葛華忠，鄭琰燚

（南京林業(yè)大學期刊部，南京210037）

針對稿件中經(jīng)常出現(xiàn)的核磁共振譜圖（NMR）中化學位移表達混亂和不符合國家標準規(guī)定的現(xiàn)象，通過中國知網(wǎng)和“ScienceDirect”數(shù)據(jù)庫選擇了 25篇中英文文獻實例進行分析和闡述，結合國內(nèi)外文獻關于化學位移的標注情況，提出了較為合理的表達方式。

核磁共振譜圖；化學位移；量和單位

核磁共振現(xiàn)象最早是在1945年被發(fā)現(xiàn)的。核磁共振技術最初主要用于核物理領域，現(xiàn)如今，它已被廣泛應用于化學、醫(yī)學、食品學、遺傳學、生物學和材料科學等領域，特別是在化學領域，核磁共振技術已成為研究化學動力學和鑒定有機化合物結構的重要方法，常用的主要為核磁共振氫譜（1H NMR）和核磁共振碳譜（13C NMR）。在實際應用中，由于核磁共振譜圖基本都可通過儀器直接導出，在來稿中的表述形式較為多樣，筆者針對編輯過程中關于核磁共振譜圖及其分析中普遍存在的化學位移標注問題進行探討，以期找出較為合理的表達方式。

1　核磁共振譜圖坐標的量符號和單位

原子核外的電子會對原子核產(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。當原子核所處的化學環(huán)境不同時，在核磁共振譜圖中的出峰位置也不同，而由于σ總是遠小于1，因此，峰的位置較難精確測定。在實際操作中通常采用某一標準物質(zhì)作為基準，以該物質(zhì)的譜峰位置作為核磁共振圖譜的坐標原點，即 δ=0的點，不同官能團中原子核出峰位置相對于原點的距離稱為化學位移 δ，反映了它們所處的化學環(huán)境。當固定磁場，掃描頻率時，δ可以按照式（1）計算［1］：

式中，ν1表示被測樣品的共振頻率，ν2表示標準物的共振頻率。而當固定頻率，掃描磁場時，δ可以按照式（2）計算［1］：

式中，B1表示被測樣品發(fā)生共振時的磁感強度，B2表示標準物發(fā)生共振時的磁感強度。

圖1為從文獻［2］中摘錄的C8H14O4的1H NMR譜圖和13C NMR譜圖，其中橫坐標為化學位移 δ，其單位在圖中以“ppm”表示。δ值從左到右逐漸變小，表示磁場增強或者頻率減小的方向；縱坐標代表譜峰的強度。由于在實際應用中縱坐標軸均可省略表達，因此，筆者對于核磁共振譜圖的縱坐標不作討論。

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”僅僅是一個數(shù)量級的代號，但是它卻長期被誤用，特別是在農(nóng)業(yè)領域，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年頒布的強制性國家標準 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量單位符號，其含義不明確［6］。

圖1　C8H14O4的核磁共振圖譜

2　中英文文獻中核磁共振譜圖坐標表述實例分析

2.1中文文獻中的核磁共振譜圖表達及分析

在中國知網(wǎng)（CNKI）“高級檢索”系統(tǒng)中篩選中文科技期刊文獻中核磁共振譜圖的應用實例。由于GB 3101--1993從1994年7月1日起才正式實施，因此，選擇發(fā)表時間為1995年1月1日至2015年6月15日的文獻，同時，以“核磁共振”為“篇名”、以“化學”為“主題詞”進行檢索。在檢索結果中，勾選“基礎科學”“工程科技Ⅰ輯”“工程科技Ⅱ輯”和“農(nóng)業(yè)科技”4個學科領域，在“文獻來源”中的15種科技期刊中，分別隨機選擇一篇既有核磁共振譜圖，又有關于化學位移文字表述的文獻進行分析，結果見表1。

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

在所統(tǒng)計的15篇中文文獻中，有9篇文獻中的核磁共振譜圖橫坐標單位中均未出現(xiàn)“ppm”，符合國標要求。在這9篇文獻中的文字部分共出現(xiàn)了4種表述化學位移的方式：①以“化學位移 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］。

結合式（1）和式（2）可知，δ表示的是譜峰距離原點的相對距離，10-6（ppm）與因數(shù)106已互相抵消，其單位應為“1”，因此，在核磁共振譜圖橫坐標單位中需去掉“ppm”。筆者認為：以“δ 數(shù)字”方式在文字中對化學位移進行表述較為合理；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”表述方式進行區(qū)分。

表1　中文期刊中關于化學位移的表述實例

2.2英文文獻中的核磁共振譜圖表達及分析

在“ScienceDirect”數(shù)據(jù)庫中篩選英文科技期刊文獻中核磁共振譜圖的應用實例。首先在“search all fields”中輸入“NMR”進行初步搜索，然后在“All access types”中選擇“Open access articles”，最后在“Topic”中勾選“nmr spectrum”進行過濾。在搜索結果中隨機選取10個期刊中近5年各一篇既有核磁共振譜圖，又有關于化學位移文字表述的文獻進行分析，結果見表2。

表2　英文期刊中關于化學位移的表述實例

由表2可知，在所統(tǒng)計的10篇英文文獻中，有9篇文獻中的核磁共振譜圖以“ppm”作為橫坐標單位，占總數(shù)的90%，僅有1篇文獻未注明橫坐標單位，這說明“ppm”在國際上是被廣泛采用的表述核磁共振譜圖化學位移的代號。而在所有10篇文獻中的文字部分共出現(xiàn)了3種表述化學位移的方式：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］。筆者認為，外文期刊中出現(xiàn)這樣的情況：一是因為“ppm”在核磁共振譜圖分析中已經(jīng)是約定俗成的表示化學位移的單位；二是因為各個國家可能未對“ppm”的使用范圍進行明確定義。但是根據(jù)式（1）和（2），化學位移以“ppm”作為單位顯然是錯誤的。隨著國際學術交流的深入，我國科研成果在國際上所占比例的增加，編輯同仁需在中文期刊上對此類單位進行規(guī)范化處理，借此指導作者在中英文文章中的正確寫作。

3　結論與建議

關于核磁共振譜圖化學位移的表達方式，中英文期刊中都存在以“ppm”來表示其單位的情況。從化學位移的計算公式來看，用“ppm”表示其單位是錯誤的，且我國國家強制性標準規(guī)定不能使用“ppm”這類縮寫作為單位。筆者建議：以“δ 數(shù)字”方式在文字中對化學位移進行表述較為合理；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”表述方式進行區(qū)分。

對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家標準規(guī)定的問題，編輯需要加強相關專業(yè)知識的學習和對國家標準的認識，在稿件處理過程中正確標注譜圖中的量和單位。

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