CN110702721B

CN110702721B - 一种用于同分异构体混合物组成的核磁共振检测方法

Info

Publication number: CN110702721B
Application number: CN201911042832.9A
Authority: CN
Inventors: 乔岩; 赵奇; 马慧; 王英雄; 侯相林
Original assignee: Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS
Current assignee: Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2039-10-30
Also published as: CN110702721A

Abstract

本发明涉及一种用于同分异构体混合物组成的核磁共振检测方法，所述核磁共振检测方法是根据同分异构混合物中各组分信号在一维纯化学位移氢谱中的化学位移值分布不同，从而快速对各组分信号进行分析指认；当所述一维纯化学位移谱对同分异构体混合物的信号指认分析后，通过借助化学选择性滤波激发脉冲提取出与激发质子同属某单一组分的分子信号，对一维纯化学位移谱中的重叠信号做进一步指认分析，从而实现对同分异构体混合物各组分的有效分析。本发明无需对样品进行预处理，能够得到混合物组分的无重叠且去耦氢谱和单一组分的选择性滤波实验激发谱，简化谱图分析；能够定性检测出复杂混合物中的物质组成，并适用于多种复杂混合物的成分的检测。

Description

一种用于同分异构体混合物组成的核磁共振检测方法

技术领域

本发明涉及核磁共振检测技术领域，具体涉及一种用于同分异构体混合物组成的核磁共振检测方法。

背景技术

随着当前化工、生物医药和农业等研究领域的迅猛发展，越来越多的天然产物，包括对一些具有高附加值的天然活性分子的提取分离以及精细化学品的合成过程中，特别是药物中间体的合成过程中有效成分的分离，都需要建立快速、高效的现代分离技术方法，而核磁共振方法对于加强上述领域的药物开发支持体系提供了一条崭新的途径。由于同分异构体在理化性质上的相似性，相对分子量相同、极性相差不大、沸点相近、质谱的特征离子相同，气相和液相色谱技术通常很难将其有效地分离；对于常规核磁共振方法如一维氢谱会出现谱峰信号重叠无法进行指认，而二维核磁如扩散排序谱，不仅测试设置繁琐、时间较长而且对于具有相同分子量和官能团的同分异构体来说无法进行快速有效检测，因此研究出快速准确地鉴定同分异构体的分离方法就显得十分重要。

发明内容

为解决上述技术问题。本发明的目在于提供一种用于同分异构体混合物组成的核磁共振检测方法，从而对同分异构体混合物的组成进行快速高效及高灵敏度的检测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于同分异构体混合物组成的核磁共振检测方法，所述核磁共振检测方法是根据同分异构混合物中各组分信号在一维纯化学位移氢谱中的分布及氢核的共振频率不同，从而快速对各组分信号进行分析指认；当所述一维纯化学位移谱对同分异构体混合物的信号指认分析后，通过借助化学选择性滤波激发脉冲提取出与激发质子同属某单一组分的分子信号，对一维纯化学位移谱中的重叠信号做进一步指认分析，从而实现对同分异构体混合物各组分的有效分析。同分异构体混合物各组分间由于其具有相同的分子量及官能团，导致混合物的各质子的化学位移值相近，各质子之间再进一步耦合裂分将会导致各组分信号在常规一维氢谱上出现严重重叠，无法进行归属指认，而本发明所使用的一维纯化学位移谱可以实现氢谱去耦，从而使得耦合裂分导致严重重叠的信号变成单峰信号便于对各组分信号进行归属。化学选择性滤波实验(CSSF-TOCSY)通过逐一激发各组分具有特定共振频率的质子，就可以获得与激发质子直接或间接耦合的质子信息，因此该技术可以从复杂的混合物氢谱中提取出各组分单一的相对应的氢谱，进一步归属对信号归属指认。本发明通过结合一维纯化学位移谱和化学选择性滤波实验，可以实现对同分异构体混合物组成进行快速高效的分析指认。

进一步地，所述同分异构体混合物的一维纯化学位移谱，是使用脉冲序列psyche.mf进行数据采样，采集的数据使用宏命令pshift进行处理后，同分异构体混合物各组分的信号均同时呈现在一维氢谱中，根据各组分化合物信号的化学位移值不同进行归属指认。使用所述的psyche.mf脉冲序列进行数据采样后，得到一个伪二维实验数据，需要使用宏命令pshift对该数据进行变换则得到一个没有耦合裂分的一维纯化学位移谱，由于各组分的质子共振频率不同，因此不同的质子信号则具有不同的化学位移值，简化谱图信号，便于归属指认。

再进一步地，所述核磁共振检测方法的具体测试步骤如下：

第一步，取适量同分异构体各组分样品，将其溶解在的氘代溶剂中并转移到核磁共振样品管中，进而将该含有样品的核磁管置于液体核磁共振波谱仪中；

第二步，设置核磁共振波谱仪的温度，同时调整气流速率，在该条件下，将样品恒定数分钟后进行样品测试；

第三步，由第二步的测样结果得到同分异构体混合物的常规一维氢谱；

第四步，更改采样脉冲序列为psyche.mf，设置梯度场，并调整采样参数后，对同分异构体混合物的纯化学位移氢谱数据进行采集，则得到伪二维实验数据；

第五步，使用宏命令pshift对第四步得到的伪二维实验数据进行处理即得到同分异构体混合物的纯化学位移一维氢谱，根据各组分信号的化学位移值进行分析、归属指认；

第六步，根据第三步中得到的同分异构体混合物的常规一维氢谱，更改脉冲序列为selcssfdizs.2，选取各组分明显的特征峰化学位移值作为激发频率，进行化学选择性滤波实验，对同分异构体混合物的一维纯化学位移谱中重叠信号做进一步指认分析，从而实现对同分异构体混合物各组分的有效分析。在测试过程中恒定温度及气流能够提高实验的稳定性及高度的可重复性。

更进一步地，所述核磁共振检测方法中使用的氘代试剂为重水、氘代甲醇、氘代氯仿、氘代丙酮、氘代二甲基亚砜或氘代-N,N-二甲基甲酰胺；氘代试剂的用量为400～800μl。选择合适的氘代试剂作为溶剂能够使异构体在溶剂中充分分散，有利于谱仪测试。

更进一步地，所述核磁共振检测方法中选用的核磁波谱仪为带300～950MHz梯度场的液体核磁共振波谱仪。不同场强的波谱仪会有不同精细程度差异，高场强的谱仪产生的氢谱会有更高的分辨率和灵敏度。

更进一步地，所述第三步测试氢谱时所选用脉冲序列为zg30或zgpr。小角度激发和压水脉冲测试的数据会产生更好效果的谱图。

更进一步地，所述第四步所用梯度场为CHIRP形状脉冲。选择该形状脉冲会有一个更好的激发效果。

更进一步地，所述第四步调整的采样参数分别为：TD(F2)为8～32k、TD(F1)为20、SWH(F2)为10000Hz、SWH(F1)为50～100Hz、CNST20为10～25°、采样次数NS为2的正整数倍。设置参数TD(F2)为8～32k、TD(F1)为20能够在保证普质量情况下减少测试时间；同时设置参数SWH(F2)为10000Hz、SWH(F1)为50～100Hz、采样次数NS为2N(N为正整数)次，这样能够使得采样顺利进行得到一个干净的谱图。

更进一步地，所述第六步的化学选择性滤波实验设置采样点数TD值为8k～64k、采样次数NS为2的整数倍、混合时间为0.02～0.09s、压制邻近信号范围CNST20为2～10Hz。调整合适的混合时间以及准确的压制范围，能够激发出所有信号得选择性滤波谱图。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的一种用于同分异构体混合物组成分析检测的核磁共振方法是通过结合一维纯化学位移谱和化学选择性滤波实验来对同分异构体混合物各组分进行分析指认。与色谱分析技术相比，本发明的核磁共振方法无需对样品进行预处理、不会破坏样品组成并且所需样品量少，该发明能够得到混合物组分的无重叠且去耦氢谱和单一组分的选择性滤波实验激发谱，大大简化谱图分析。

本发明基于一维纯化学位移简化谱图的特征，去除质子耦合信息，只提供单一的化学位移信息，有效的减少谱图拥挤程度，提高谱图的分辨率。本发明也是基于CSSF-TOCSY能从复杂的混合物中逐一提取出纯净的化合物的信号，实现对目标物的准确定位。本方法所得的结果直观明了，检测分辨率高，操作简单，结果准确，精确度高，能够定性检测出复杂混合物中的物质组成，并适用于多种复杂混合物的成分的检测。

附图说明

图1是本发明实施例1的纯化学位移PSYCHE谱图和常规氢谱；

图2是本发明实施例1的化学选择性滤波实验(CSSF-TOCSY)谱图；

图3是本发明实施例1的纯化学位移PSYCHE谱图和常规氢谱以及化学选择性滤波实验(CSSF-TOCSY)谱图的比较；

图4是本发明实施例2的纯化学位移PSYCHE谱图和常规氢谱；

图5是本发明实施例2的化学选择性滤波实验(CSSF-TOCSY)谱图；

图6是本发明实施例3的纯化学位移PSYCHE谱图和常规氢谱；

图7是本发明实施例3的化学选择性滤波实验(CSSF-TOCSY)谱图；

图8是本发明实施例4的纯化学位移PSYCHE谱图和常规氢谱；

图9是本发明实施例4的化学选择性滤波实验(CSSF-TOCSY)谱图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述具体实施方式仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

一种用于同分异构体混合物组成的核磁共振检测方法，所述核磁共振检测方法是根据同分异构混合物中各组分信号在一维纯化学位移氢谱中的化学位移值分布不同，从而快速对各组分信号进行分析指认；当所述一维纯化学位移谱对同分异构体混合物的信号指认分析后，通过借助化学选择性滤波激发脉冲提取出与激发质子同属某单一组分的分子信号，对一维纯化学位移谱中的重叠信号做进一步指认分析，从而实现对同分异构体混合物各组分的有效分析。

所述同分异构体混合物的一维纯化学位移谱，是使用脉冲序列为psyche.mf进行数据采样，采集的数据使用宏命令pshift进行处理后，同分异构体混合物各组分的信号均同时呈现在一维氢谱中，根据各组分化合物信号的化学位移值不同进行归属指认。

本实施例采用本发明的核磁共振检测方法对正丁醇、仲丁醇、异丁醇和叔丁醇的混合物组成进行检测，所述核磁共振检测方法的具体测试步骤如下：

第一步，分别称取5mg正丁醇、仲丁醇、异丁醇和叔丁醇溶解在400μl氘代试剂重水中，待混合均匀后转移到核磁管里，进而将核磁管置于300MHz液体核磁共振波谱仪中。

第二步，设置核磁共振波谱仪的温度为273K，调整气流为100lph，在达到设置温度后继续将样品恒定15min进行测试。

第三步，选择相应脉冲序列zg30测试一个常规氢谱。

第四步，复制第三步所得到的常规氢谱，更改脉冲序列为psyche.mf，设置形状脉冲为“CHIRP”，设置中心频率为2.40ppm、CNST21为10000Hz、CNST20为10°、D1值为1、TD(F2)为8k、TD(F1)为20、SWH(F2)为10000Hz、SWH(F1)为50Hz、CNST4为2、D16为0.002s、GPZ1、GPZ2和GPZ10分别为77、49和2，P16为1ms，并设置采样扫描次数NS为4，然后进行采样，则得到伪二维实验数据。

第五步，将第四步所得到的伪二维实验数据使用宏命令pshift进行处理则得到正丁醇、仲丁醇、异丁醇和叔丁醇的混合物的一维纯化学位移氢谱，根据各组分信号的化学位移值进行分析、归属指认。

第六步，复制第三步所得到的常规氢谱，更改脉冲序列为selcssfdizs.2，设置采样参数：采样点数TD值为8k，谱宽为8000Hz，D16为0.002s，P12为80ms，P32为20ms，GPZ0、GPZ1、GPZ3和GPZ4分别为10、31、11和7，驰豫延迟D1为2s，混合时间为0.02s，CNST20为2Hz，激发频率分别为1.06、1.15、3.27、3.51ppm，采样次数为4，采样后则得到对应混合物组分中的仲丁醇、叔丁醇、异丁醇、正丁醇。

图1是本发明实施例1中的纯化学位移谱图和常规一维氢谱的比较，从图1我们可以清楚看出PSYCHE实验的优势，成功去耦解决了因质子耦合裂分导致的信号重叠，尤其是图中的阴影区域Ⅰ和Ⅱ，PSYCHE技术能够使得堆叠的谱峰信号清晰地分离出相应的质子信号，因此可以清楚的进行对正丁醇、仲丁醇、异丁醇和叔丁醇的归属指认；图2是实施例1的化学选择性滤波实验激发混合物组分的质子所得到的CSSF-TOCSY相关谱图(激发位点已用闪电图形指示)，进一步丰富验证了异构体混合物组分的分析指认；图3是实施例1的纯化学位移PSYCHE谱图和常规氢谱以及化学选择性滤波实验(CSSF-TOCSY)谱图的比较。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，采用本发明的核磁共振检测方法对正丙醇、异丙醇的混合物组成进行检测，所述核磁共振检测方法的具体测试步骤如下：

第一步，分别称取5mg正丙醇、异丙醇溶解在600μl氘代试剂氘代甲醇中，待混合均匀后转移到核磁管里，进而将核磁管置于600MHz液体核磁共振波谱仪中。

第二步，设置核磁共振波谱仪的温度为293K，调整气流为400lph，在达到设置温度后继续将样品恒定35min进行测试。

第三步，选择相应脉冲序列zgpr测试一个常规氢谱。

第四步，复制第三步所得到的常规氢谱，更改脉冲序列为psyche.mf，设置形状脉冲为“CHIRP”，设置中心频率为2.60ppm、CNST21为10000Hz、CNST20为15°、D1值为1、TD(F2)为16k、TD(F1)为20、SWH(F2)为10000Hz、SWH(F1)为80Hz、CNST4为2、D16为0.002s、GPZ1、GPZ2和GPZ10分别为77、49和2，P16为1ms，并设置采样扫描次数NS为8，然后进行采样，则得到伪二维实验数据。

第五步，将第四步所得到的伪二维实验数据使用宏命令pshift进行处理则得到正丙醇、异丙醇的混合物的一维纯化学位移氢谱，根据各组分信号的化学位移值进行分析、归属指认。

第六步，复制第三步所得到的常规氢谱，更改脉冲序列为selcssfdizs.2，设置采样参数：采样点数TD值为32k，谱宽为8000Hz，D16为0.002s，P12为80ms，P32为20ms，GPZ0、GPZ1、GPZ3和GPZ4分别为10、31、11和7，驰豫延迟D1为2s，混合时间为0.04s，CNST20为6Hz，激发频率分别为1.05、3.44ppm，采样次数为8，采样后则得到对应混合物组分中的异丙醇和正丙醇。

图4a是本发明实施例2中常规一维氢谱，从中我们可以看出氢谱出现复杂的耦合裂分不利于谱图的分析，而图4b则是PSYCHE实验结果，可以清楚的看到谱图得到简化；图5是实施例2丙醇异构体混合物的化学选择性滤波实验，通过激发各组分的质子相关位点(激发位点已用闪电图形指示)，将各组分的全部信号提取出来进行归属指认。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于，采用本发明的核磁共振检测方法对正辛烷、2,5-二甲基己烷和2,2,3,3-四甲基丁烷的混合物组成进行检测，所述核磁共振检测方法的具体测试步骤如下：

第一步，分别称取5mg正辛烷、2,5-二甲基己烷和2,2,3,3-四甲基丁烷溶解在800μl氘代试剂氘代氯仿中，待混合均匀后转移到核磁管里，进而将核磁管置于950MHz液体核磁共振波谱仪中。

第二步，设置核磁共振波谱仪的温度为323K，调整气流为900lph，在达到设置温度后继续将样品恒定50min进行测试。

第三步，选择相应脉冲序列zgpr测试一个常规氢谱。

第四步，复制第三步所得到的常规氢谱，更改脉冲序列为psyche.mf，设置形状脉冲为“CHIRP”，设置中心频率为3.60ppm、CNST21为10000Hz、CNST20为25°、D1值为1、TD(F2)为32k、TD(F1)为20、SWH(F2)为10000Hz、SWH(F1)为100Hz、CNST4为2、D16为0.002s、GPZ1、GPZ2和GPZ10分别为77、49和2，P16为1ms，并设置采样扫描次数NS为16，然后进行采样，则得到伪二维实验数据。

第五步，将第四步所得到的伪二维实验数据使用宏命令pshift进行处理则得到正辛烷、2,5-二甲基己烷和2,2,3,3-四甲基丁烷的混合物的一维纯化学位移氢谱，根据各组分信号的化学位移值进行分析、归属指认。

第六步，复制第三步所得到的常规氢谱，更改脉冲序列为selcssfdizs.2，设置采样参数：采样点数TD值为64k，谱宽为8000Hz，D16为0.002s，P12为80ms，P32为20ms，GPZ0、GPZ1、GPZ3和GPZ4分别为10、31、11和7，驰豫延迟D1为2s，混合时间为0.09s，CNST20为10Hz，激发频率分别为0.89、1.29、1.82ppm，采样次数为16，采样后则得到对应混合物组分中的2,2,3,3-四甲基丁烷、正辛烷和2,5-二甲基己烷。

图6a是本发明实施例3中常规一维氢谱，从中我们可以看出氢谱出现复杂的耦合裂分不利于谱图的分析，而图6b则是PSYCHE实验结果，可以清楚的看到谱图得到简化；图7是本发明实施例3正辛烷、2,5-二甲基己烷和2,2,3,3-四甲基丁烷混合物的化学选择性滤波实验，通过激发各组分的质子相关位点(激发位点已用闪电图形指示)，将各组分的全部信号提取出来进行归属指认。

实施例4

实施例4与实施例1的区别在于，采用本发明的核磁共振检测方法对间二甲苯和对二甲苯的混合物组成进行检测，所述核磁共振检测方法的具体测试步骤如下：

第一步，分别称取5mg间二甲苯和对二甲苯溶解在500μl氘代试剂二甲基亚砜中，待混合均匀后转移到核磁管里，进而将核磁管置于400MHz液体核磁共振波谱仪中。

第二步，设置核磁共振波谱仪的温度为293K，调整气流为400lph，在达到设置温度后继续将样品恒定25min进行测试。

第三步，选择相应脉冲序列zg30测试一个常规氢谱。

第四步，复制第三步所得到的常规氢谱，更改脉冲序列为psyche.mf，设置形状脉冲为“CHIRP”，设置中心频率为4.01ppm、CNST21为10000Hz、CNST20为15°、D1值为1、TD(F2)为16k、TD(F1))为20、SWH(F2)为10000Hz、SWH(F1)为50Hz、CNST4为2、D16为0.002s、GPZ1、GPZ2和GPZ10分别为77、49和2，P16为1ms，并设置采样扫描次数NS为8，然后进行采样，则得到伪二维实验数据。第五步，将第四步所得到的伪二维实验数据使用宏命令pshift进行处理则得到正丙醇、异丙醇的混合物的一维纯化学位移氢谱，根据各组分信号的化学位移值进行分析、归属指认。

第六步，复制第三步所得到的常规氢谱，更改脉冲序列为selcssfdizs.2，设置采样参数：采样点数TD值为32k，谱宽为8000Hz，D16为0.002s，P12为80ms，P32为20ms，GPZ0、GPZ1、GPZ3和GPZ4分别为10、31、11和7，驰豫延迟D1为2s，混合时间为0.02s，CNST20为4Hz，激发频率分别为2.31、7.11ppm，采样次数为8，采样后则得到对应混合物组分中的对二甲苯、间二甲苯。

图8a是本发明实施例4中的常规一维氢谱核PSYCHE纯化学位移谱，从中我们可以看出纯化学位移氢谱得到简化；图9是本发明实施例4的对二甲苯和间二甲苯的化学选择性滤波实验，通过激发对应组分的质子相关位点(激发位点已用闪电图形指示)，将各组分的全部信号提取出来进行归属指认。

上述实施例中的氘代试剂还可以为氘代丙酮或氘代-N,N-二甲基甲酰胺。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种用于同分异构体混合物组成的核磁共振检测方法，其特征在于，所述核磁共振检测方法是根据同分异构混合物中各组分信号在一维纯化学位移氢谱中的化学位移值分布不同，从而快速对各组分信号进行分析指认；当所述一维纯化学位移谱对同分异构体混合物的信号指认分析后，通过借助化学选择性滤波激发脉冲提取出与激发质子同属某单一组分的分子信号，具体是借助选择性滤波实验CSSF-TOCSY通过逐一激发各组分具有特定共振频率的质子，获得与激发质子直接或间接耦合的质子信息，对一维纯化学位移谱中的重叠信号做进一步指认分析，从而实现对同分异构体混合物各组分的有效分析；所述核磁共振检测方法的具体测试步骤如下：

第六步，根据第三步中得到的同分异构体混合物的常规一维氢谱，更改脉冲序列为selcssfdizs.2，选取各组分明显的特征峰化学位移值作为激发频率，进行化学选择性滤波实验，对同分异构体混合物的一维纯化学位移谱中重叠信号做进一步指认分析，从而实现对同分异构体混合物各组分的有效分析；所述化学选择性滤波实验设置采样点数TD值为8k～64k、采样次数NS为2的正整数倍、混合时间为0.02～0.09s、压制邻近信号范围CNST20为2～10Hz。

2.根据权利要求1所述的一种用于同分异构体混合物组成的核磁共振检测方法，其特征在于，所述同分异构体混合物的一维纯化学位移谱，是使用脉冲序列为psyche.mf进行数据采样，采集的数据使用宏命令pshift进行处理后，同分异构体混合物各组分的信号均同时呈现在一维氢谱中，根据各组分化合物信号的化学位移值不同进行归属指认。

3.根据权利要求1所述的一种用于同分异构体混合物组成的核磁共振检测方法，其特征在于，所述核磁共振检测方法中选用的核磁波谱仪为带300～950MHz梯度场的液体核磁共振波谱仪。

4.根据权利要求1所述的一种用于同分异构体混合物组成的核磁共振检测方法，其特征在于，所述核磁共振检测方法中使用的氘代试剂为重水、氘代甲醇、氘代氯仿、氘代丙酮、氘代二甲基亚砜或氘代-N,N-二甲基甲酰胺；氘代试剂的用量为400～800μl。

5.根据权利要求1所述的一种用于同分异构体混合物组成的核磁共振检测方法，其特征在于，所述第二步中设置核磁共振波谱仪的温度为273K～323K，气流速率为100～900lph，样品恒定时间为15～50分钟。

6.根据权利要求1所述的一种用于同分异构体混合物组成的核磁共振检测方法，其特征在于，所述第三步测试氢谱时所选用脉冲序列为zg30或zgpr。

7.根据权利要求1所述的一种用于同分异构体混合物组成的核磁共振检测方法，其特征在于，所述第四步所用梯度场为CHIRP形状脉冲。

8.根据权利要求1所述的一种用于同分异构体混合物组成的核磁共振检测方法，其特征在于，所述第四步调整的采样参数分别为：TD(F2)为8～32k、TD(F1)为20、SWH(F2)为10000Hz、SWH(F1)为50～100Hz、CNST20为10～25°、采样次数NS为2的正整数倍。