核磁作為化合物定性中重要的方式之一,主要分為核磁氫譜(1H-NMR)和核磁碳譜(13C-NMR)兩種,接下來我們將分享一些關(guān)于核磁氫譜的基本原理和應(yīng)用。
1H-NMR的基本原理主要是:利用特定頻率的電磁波,使得具有自旋原子核(氫原子)發(fā)生能級躍遷,即發(fā)生核共振,產(chǎn)生的磁頻率信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換放大在譜圖上以峰的形式體現(xiàn)。(原理見圖1)從原理上看,接收到的信號是磁頻率信號,為方便轉(zhuǎn)換,以基準(zhǔn)物質(zhì)為原點(diǎn),不同官能團(tuán)的原子核相對于基準(zhǔn)物質(zhì)的距離,即為化學(xué)位移(δ)。一般使用的基準(zhǔn)是四甲基硅烷(TMS),規(guī)定其化學(xué)位移為零。而核磁定性的基本方式就是利用分子中含氫基團(tuán)的化學(xué)位移和譜峰裂分情況,對化合物的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷。
圖1 NMR原理圖
提到核磁,除了對分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性外,我們經(jīng)常聽到的“定量核磁”又是指什么呢?實(shí)際上定量核磁(Q-NMR)就是在1H-NMR的基礎(chǔ)上,引入“量”的概念,主要利用核磁信號強(qiáng)度與原子數(shù)成線性正比的關(guān)系,從而用于純度化合物的含量測定上。和傳統(tǒng)的色譜面積歸一化法相比,主要通過定量核磁內(nèi)標(biāo)對樣品中主成分的含量進(jìn)行定量,從而可以減少相對響應(yīng)因子、水分、不揮發(fā)性雜質(zhì)及揮發(fā)性雜質(zhì)對純度定值準(zhǔn)確性的干擾。目前中國藥典、美國藥典、英國藥典、歐洲藥典以及日本藥局方均將定量核磁共振(QNMR)作為法定標(biāo)準(zhǔn)收載于附錄中。
那么定量核磁又是怎樣實(shí)現(xiàn)定量目的?
定量核磁主要采用內(nèi)標(biāo)法,將精密稱量的樣品和內(nèi)標(biāo)混合配制成溶液,通過比較樣品特征峰的響應(yīng)值與內(nèi)標(biāo)峰的響應(yīng)值計算樣品的含量。計算公式如下:
式中:
Px:定量核磁法測定樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)
Pstd:內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)
Ix:樣品在1H-NMR的響應(yīng)值
Istd:內(nèi)標(biāo)物質(zhì)在1H-NMR的響應(yīng)值
Nx:樣品的原子核數(shù)
Nstd:內(nèi)標(biāo)物的原子核數(shù)(二甲基砜的Nstd=6)
Mx:樣品摩爾質(zhì)量
Mstd:內(nèi)標(biāo)物的摩爾質(zhì)量
m:樣品的稱量質(zhì)量
mstd:內(nèi)標(biāo)物的稱量質(zhì)量
想要利用定量核磁法得到準(zhǔn)確的結(jié)果,除了要對核磁方法進(jìn)行確認(rèn)外,內(nèi)標(biāo)的選擇會對結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生很大的影響。而二甲基砜是非常常用的一種定量核磁內(nèi)標(biāo),由于其易溶于常見的氘代溶劑,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,且結(jié)構(gòu)相對簡單(結(jié)構(gòu)式見圖2),兩個甲基所處的化學(xué)環(huán)境*一致,在核磁氫譜(1H-NMR)上呈現(xiàn)的是一個單重峰,且有*的化學(xué)位移。因此,二甲基砜作為一種定量核磁內(nèi)標(biāo)物,常用于純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的定值以及藥物基準(zhǔn)物質(zhì)的jue對含量測定,在標(biāo)準(zhǔn)品研究、儀器校準(zhǔn)、質(zhì)量控制以及代謝組學(xué)等藥學(xué)領(lǐng)域諸多方面具有顯著優(yōu)勢。
圖2 二甲基砜結(jié)構(gòu)式
為此,安譜實(shí)驗(yàn)自主研制并推出了國內(nèi)wei一一款二甲基砜國家有證標(biāo)準(zhǔn)物(CRM),標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號為GBW(E)062544,純度高達(dá)99.9%,且具有計量學(xué)上有效溯源性,可滿足實(shí)驗(yàn)室日常儀器校準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值、樣品質(zhì)量控制及期間核查等多個用途。
所以,在實(shí)驗(yàn)中,核磁共振不僅可以定性,也可以定量。定量核磁可以達(dá)到定性和定量的雙重作用。
圖3 二甲基砜的國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定級證書