1.核磁感应信号弱
13C的自然丰度只有1.1%,13C磁旋比γ仅为1H的1/4,所以13C-NMR信号比1H要低得多,大约是1H信号强度的1/5 800。
实验发现在一定磁场中,相对灵敏度与核的磁旋比的三次方成正比,所以13C核的灵敏度只有1H核灵敏度的约(1/4)3=1/64。另外13C天然丰度只有1.1%,假设其它条件均相同,则13C谱的灵敏度仅为1H谱的1/5800[即1×(1.1/100)×(1/4)3]。
2.化学位移范围宽
13C化学位移范围比1H的要宽得多,一般1H谱的δ范围在0~12ppm,而13C谱的δ范围在0~200ppm。
3.碳氢偶合作用强
碳原子与氢原子联结,可以相互偶合,13C-1H偶合常数JCH一般较大。烷碳氢(sp3杂化)的JCH约为125Hz,芳碳氢(sp2杂化)的JCH约为160Hz,而炔碳氢(sp3杂化)的JCH可达250Hz。(www.xing528.com)
所以,不去偶的13C谱各裂分的谱线彼此交叠,使图谱识别很困难。常规13C谱为质子噪声去偶谱,即加一个去偶场,包括所有质子的共振频率,去掉了1H与13C的偶合,得到各种碳谱线都是单峰。这样处理,使13C谱线强度大大增加,而且去偶照射,产生NOE效应也使谱线增强。
4.弛豫时间比较长
13C的弛豫比1H慢得多,而且不同种类的碳原子弛豫时间相差较大。可以利用这个差别采用脉冲技术,把伯碳、仲碳、叔碳和季碳13C原子从谱图上识别出来。
5.峰强与碳数无关联
13C共振峰通常在非平衡条件下进行观测,13C核的弛豫时间长,不同基团的碳原子的T1不同,因而13C谱峰强度不与碳核数成正比。从伯碳、仲碳、叔碳到季碳,弛豫时间T1依次变长、偏离平衡分布依次严重、共振信号依次减弱,13C核信号强度顺序依次为CH3≥CH2≥CH≥C。
1H-NMR谱是在平衡状态(符合Boltzmann分布)观测的,1H核弛豫时间短,其峰强度与共振核数目成正比,峰强可用于定量。
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