杂质身份需要整组信号与条件相符
残留溶剂表提供候选，配套信号与来源检验才能支持身份。
读图时保留这项条件：水峰位置会变化；小峰也可能来自同位素卫星或伪影。
7.4.1 先给额外信号建立来源清单
样品中的额外信号可能来自残留溶剂、水、反应副产物、起始物、稳定剂、清洗残留或仪器与处理伪影。还可能属于主要组分的同位素卫星、构象状态或交换峰。把所有小峰都叫杂质，会错误地删去主要组分证据；把所有小峰都并入目标结构，则可能虚增碳数和氢数。先登记来源候选，再用多种可检查资料逐步确认。
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本节沿用前面的位移、耦合、相关谱和定量条件，学习怎样使用经典杂质表而保留其条件。Gottlieb、Kotlyar 与 Nudelman（1997）提供常见实验室溶剂的微量杂质位移资料；Fulmer 等（2010）扩展到更多有机物和气体及多种氘代溶剂。它们提供检索入口，不是任何样品中每个峰的自动标签。
准备清单时可从样品经历出发：反应溶剂、萃取和洗脱溶剂、沉淀或重结晶介质、清洗步骤、储存条件和加入物。曾使用乙酸乙酯使其成为合理候选，但不能凭操作历史确认谱峰身份；从未记录某个溶剂，也不能完全排除污染。空白溶剂、容器和制样流程可以帮助定位来源，仍需结合目标峰组的证据。
在峰表中分开记录已确认目标、已确认杂质及未定来源信号，并注明理由、实验条件和原始谱坐标。处理展示谱时如需标记或遮蔽某个区域，保留完整原谱，避免后续结构计数与定量只能看到删改后的图。
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峰的面积小只说明在当前响应下贡献较小，身份仍未知。一个少量三氢甲基的峰可能高于一个较多量但很宽的单氢信号；峰高不能直接代表摩尔比例。杂质是否需要定量，也应根据任务与信号能力决定。能识别存在某种残留物，不等于已经获得其准确质量分数。
7.4.2 查表要固定溶剂、参照和峰组
位移表的列对应测量溶剂，行对应杂质及其氢位点。查询时先选择当前氘代溶剂，再寻找多个对应位点，并阅读脚注。水和可交换氢尤其受浓度、温度及氢键影响，实际值可能偏离表列。若同时用不同来源的表，应核对参照、样品条件和位点命名，不能把不同溶剂的数值拼成一个候选谱。
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以 Fulmer 等的补充资料 S17 为例，乙酸乙酯在 DMSO-d₆ 中列出的乙基甲基、乙酰甲基和氧连 CH₂ 的 \(\delta/\mathrm{ppm}\) 约为 1.17、1.99 和 4.03，模式分别为三重峰、单峰和四重峰。这里只摘取用于教学的一组三个位点，原文包含更多测量条件和脚注。实际样品中应把三者作为同一候选的联合预测检查。
| 乙酸乙酯位点 | 报告氢数 | DMSO-d₆ 中 δ/ppm | 一阶模式 |
|---|---|---|---|
| 乙基末端 CH₃ | 3 | 约 1.17 | t |
| CH₃CO | 3 | 约 1.99 | s |
| OCH₂ | 2 | 约 4.03 | q |
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教学未知样品在相同溶剂中有附近的三个峰组，积分约 0.30、0.30、0.20，乙基三重峰与四重峰在 COSY 中相关。先分别除以三、三和二，均得到约 0.10 的归一值，支持它们来自同一浓度的相应片段。结合位移、耦合网络及碳氢对应，可以进一步检验乙酸乙酯候选。某一个单峰位于约 1.99 ppm，仅提供远弱于整组资料的支持。
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乙基片段还可见于乙醇、乙醚及其他酯，三重峰和四重峰本身不能区分全部候选。BMRB 的乙醇条目 bmse000297 提供 100 mM、D₂O、298 K、pH 7.4、DSS 参照和 400 MHz 等条件，其中碳连氢位移约为 1.175 与 3.645 ppm。这个明确条件的条目可用于示范资料检查，不能直接把数值移到 DMSO 样品里作唯一判据。
溶剂残余氢峰属于氘代溶剂的相应同位素组成，水峰又是另一类来源。DMSO-d₆ 的残余氢信号还可受到氘耦合，分辨充分时不必表现为一个理想单峰。脚注中的多重性标签应与谱分辨率结合阅读。某个弱峰紧邻溶剂区域时，还要考虑抑制、强峰尾部与处理条纹，不能只按位移查到一个名字就结束。
位移参照若有整体偏移，多个无关候选峰会一起错开；真实的环境变化则可能只影响部分位点。比较参照与已知峰时，应先检查是否存在共同谱轴偏移，再处理各位点的化学变化。不能为每个候选单独平移谱轴到最佳吻合，这会让不同物质都得到表面匹配。一个经过记录的参照规则应适用于同一谱图的全部信号。
习题 7.4-1 · 一个峰还是一组证据
DMSO-d₆ 中三组候选峰积分为 0.36、0.33、0.24，对应报告氢数 3、3、2。核对归一值并解释能否直接确认乙酸乙酯。
参考解答归一值为 0.12、0.11、0.12，近似相容程度取决于积分误差与重叠。它们可支持同一组分候选，但仍需相应位移、乙基相关和碳类型等证据；若误差很小，第二个区域的不一致需要回查。相容氢数不能独立确认化合物身份。
7.4.3 ¹³C 卫星属于主要组分的同位素信号
¹³C 卫星(¹³C satellites)来自含相应 ¹³C 的少量同位素分子。¹³C 具有自旋，与相连氢可有较大的一键耦合；多数含自旋为零的 ¹²C 的相应分子不出现这组碳耦合。因而一个主要氢信号两侧可能出现较弱的成对信号，它们未必表示两种新杂质。
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先用一个孤立单峰、一个直接耦合碳的教学模型，忽略其他耦合与小同位素位移。若一键耦合大小为 \(|J_{\mathrm{H,C}}|\)，两个卫星分别位于主峰频率约 \(\pm|J_{\mathrm{H,C}}|/2\) 的位置。二者之间的间隔为 J，单个卫星离主峰的间隔为 J 的一半；不能把这两种间隔混为一谈。
第二式将数值单位换算显式写出：J 以 Hz 取数，\(\nu_0\) 用 MHz 的数值近似仪器频率，所得为 ppm 数值差。教学主峰为 2.000 ppm，J 为 140 Hz，400 MHz 时单侧偏移为 0.175 ppm，卫星约在 1.825 与 2.175 ppm。改为 600 MHz 时单侧偏移约 0.1167 ppm，但两卫星之间的 Hz 间隔仍约为 140。
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若教学模型中含该 ¹³C 的比例为 \(p=0.01\)，每个卫星占总相关面积约 \(p/2=0.005\)，主峰约为 \(1-p=0.99\)，每个卫星相对主峰面积约为 0.505%。这个设定用于推理，不作为实际样品的同位素丰度赋值。存在其他耦合时，卫星可复制或改变相应多重峰模式，不能一律当作两条简单直线。
检查小峰是否成对、Hz 间隔是否与合理碳氢耦合相容、强度是否随主信号共同变化。实际同位素分布、其他耦合和重叠可能改变外观。定量时对卫星采取相容积分规则，避免一信号包含卫星而另一信号无说明地排除。
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若小峰不成对，也不必立即排除卫星，其中一侧可能重叠或落在积分显示外。可以检查更宽区域、碳氢相关或在适当条件下的去耦响应。这样的操作只是鉴别线索，若用于正式定量，还须检查去耦对响应、发热和采集条件的影响。一个特殊序列的谱不能无条件替代原有 qNMR 数据。
还需检查数据是否经过不同垂直缩放。卫星所在的放大插图若采用另一尺度，小峰看起来可能与主峰一样高；重叠处的主峰尾部又可能使卫星不对称。记录显示倍率并回到同一面积尺度比较。对含多个碳的分子，远程碳耦合和不同同位素位置会产生更复杂的小信号，孤立一键模型只给最初的判断方向。
习题 7.4-2 · 跨场强识别卫星
主峰两侧各相隔 70 Hz，小峰在 400 MHz 谱上单侧相差 0.175 ppm。换到 600 MHz 后若仍为同一耦合，ppm 偏移是多少？能否仅凭此确认卫星？
参考解答单侧偏移为 \(70/600\approx0.1167\ \mathrm{ppm}\)。符合固定 J 的频率换算，但其他耦合信号也可能有固定 Hz 间隔，仍需成对模式、与主峰的强度关系及其他资料。场强变化提供可检验线索，不能独立证明身份。
7.4.4 副产物用网络和过程变化检验
副产物可能与目标具有相同片段，所以某些峰重叠或具有类似裂分。先寻找其不与目标重叠的报告核，追踪独立 COSY 网络及异核对应，再核对可能的分子式和来源。若反应只改变一个官能团，副产物保留大部分目标峰并不奇怪；仅比较最强甲基可能无法区分。
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时间系列可以帮助区分残留溶剂与持续反应：某一组峰增加时，另一组是否按相应化学计量减少，新的网络是否成立，条件变化是否引起反应。挥发残留也可能随放置下降，所以峰面积随时间改变并不独立证明成键转化。记录密封、温度、浓度和采集响应，才能解释趋势。
加少量可靠候选参照可以检查相应峰是否在相容位置共同增加，但加标可能改变酸碱、氢键和浓度，位移与线宽未必严格不动。加标支持一个候选后，仍应核对全部报告位点，避免只增强一个重叠区域就确认身份。若样品珍贵，可优先用独立参照谱和其他相关资料缩小候选。
流程空白也应分清检验范围。直接测一管新溶剂可检查溶剂本身，却没有经过样品的萃取、过滤和容器接触步骤；完整流程空白更适合查这些来源。若空白中有对应峰，仍要比较目标样品中的全部峰组，确认是否同一物质及是否另有样品贡献。空白中没有某峰，也不能排除只在样品基质存在时发生的反应或污染释放。
洗涤、重新制样或换溶剂有时能改变杂质含量，也可能改变目标状态。某峰在换溶剂后移动，不能因此被删作杂质；多数目标氢同样会移动。某峰经氘交换后消失，则支持可交换性，可能属于目标 OH、NH，也可能来自水或其他可交换组分。每种操作对应有限的判别范围。
检索 BMRB 等资料时，确认是实验条目还是计算模型，保存溶剂、温度、酸碱条件、参照和场强。峰表用于初步比较，完整 FID 或处理谱可提供更多峰形与重叠信息；当前未采集的实验不能被写成已经完成的验证。
7.4.5 杂质判断与纯度报告分别验收
确认杂质存在时，应标明多位点证据、条件和未能区分的替代来源。做含量报告时，再检查氢数、弛豫、面积完整性和标准模型。若几个杂质峰重叠，只能给出相应总面积或具有模型依据的分量，不能凭视觉把总量分配到各个名字。未检出也只适用于当前方法的检测能力。
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若某条积分用于主要组分的定量，同时被已确认杂质占据，应改选其他报告核，或采用已经验证的分离与拟合方法。仅从总面积中减去根据另一条污染峰猜出的量，会把那条峰的氢数、响应和误差一并传入结果。需要扣除时，把扣除模型和输入明确列出，并检查补充信号是否给出相容含量。
将所有可见有机峰归一化并扣除已知溶剂，仍可能遗漏无氢物质、水分、盐和不可见组分。由此得到的“主组分占可见面积比例”与原样质量分数不同。若样品需作后续结构或活性研究，保留杂质证据和处理记录，使其他结果能够与实际样品组成联系起来。下一节讨论混合谱的可辨识性，解释为什么更多拟合参数不必产生可靠分量。
习题 7.4-3 · 看不到其他峰的含义
某样品只见目标有机物峰，另有溶剂残峰。能否报告质量纯度100%，以及没有副产物？
参考解答不能。方法有检测限，峰可能重叠，无氢或宽而弱组分可能未被计入，原样还可能含水和盐。可报告当前条件下未检出可区分的额外信号；质量纯度需使用经验证的定量模型及不确定度，副产物判断也需说明检出与选择性范围。
关键术语
- 残留溶剂 (residual solvent)
- 在制备和处理后仍存在于样品中的溶剂组分。
- 溶剂残余氢峰 (residual proton signal)
- 氘代溶剂中相应含氢同位素分子的信号。
- 杂质指纹 (impurity fingerprint)
- 多个位点及相关关系共同形成的鉴别模式。
- ¹³C 卫星 (¹³C satellites)
- 由含¹³C的同位素分子产生的较弱碳耦合信号。
- 副产物 (byproduct)
- 化学过程生成的非目标组分。
- 空白 (blank)
- 用于检查背景或流程贡献的对照样品。
- 加标 (spiking)
- 加入已知组分检验信号归属或测量性能的操作。
- 同位素分子 (isotopologue)
- 仅在同位素组成上不同的分子形式。
参考文献与延伸阅读
- Gottlieb HE, Kotlyar V, Nudelman A. 1997. NMR Chemical Shifts of Common Laboratory Solvents as Trace Impurities. Journal of Organic Chemistry, 62: 7512–7515. 经典条件化杂质资料。
- Fulmer GR, Miller AJM, Sherden NH, Gottlieb HE, Nudelman A, Stoltz BM, Bercaw JE, Goldberg KI. 2010. NMR Chemical Shifts of Trace Impurities: Common Laboratory Solvents, Organics, and Gases in Deuterated Solvents Relevant to the Organometallic Chemist. Organometallics. 原始论文；作者机构提供的补充资料。
- Reich HJ. NMR Info/Data — Hans Reich Collection. ACS Division of Organic Chemistry. 耦合与谱图解释。
- Claridge TDW. 2016. High-Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry, 3rd edition. Elsevier. 同位素、耦合及实验条件。
- Madison Metabolomics Consortium; BMRB. Ethanol, bmse000297. 实验数据与完整条件，访问日期 2026-10-11。