问题的提出
平时学生做13C同位素标记示踪,对于标记13C的化合物的氢谱和碳谱和普通没有标记(天然丰度)的区别。
天然丰度的化合物的氢,绝大部分是连接在12C原子上(99%),只有很小一份连接在13C原子上(1%),然而12C的自旋为零,没有核磁信号。所以在测试氢谱的时候,大家一般不关心13C对氢的影响(13C卫星峰)。但是如果你在做13C同位素示踪,比如代谢组学研究或者二氧化碳还原中用到13C标记的化合物,你的生成物中有来自13C标记的化合物,这个时候该位点的13C原子含量就会很高,所以采集氢谱和碳谱和正常没有标记的化合物就会有区别。
谱图的区别
首先要认识到对于有两种同位素的碳,12C和13C,如果有两个相邻的碳的情况,化合物会有以下四种情况。所以正常天然丰度的化合物,你测试的氢谱,主要是连接在12C原子上,而两个13C原子相连接的比率就更低了。加入你的样品做了13C标记,标记比例可以达到90%,那么,这个化合物的氢谱和碳谱和你之前认识的可能就有所不同。

首先是氢谱,连接13C标记的氢会收到碳谱的耦合裂分,会有130-160Hz裂分,而靠近该位点的其他位置的氢也会有10Hz左右的2J(C-H)的耦合裂分。因为氢谱的灵敏度比较高,从这里你也可以判断该位点是否有13C标记上,或者通过氢谱你也可以区分12C和13C标记的比例。

图中给出四个位点都标记的化合物的氢谱(溶解在水中的3 - 羟基丁酸),可以看到最高场的甲基位置会有很大的裂分,这个就是来自13C的裂分,并且每个峰也不是二重峰,因为处理临位的H的耦合,还有临位的C的耦合。如果你只是标记一个位点,就不会受到临位的C耦合。这个样品本身标记比例比较高,但是依然可以看到两个峰中间有一个小峰,这个就是12C的甲基峰。氢谱能够很清楚告诉你13C标记和12C标记的化合物的比例。
然后对于碳谱,如果确定有标记上,该位点的碳谱灵敏度会有极大的提高。如果只有一个位点标记的话,除了该位点的峰高以外,相邻的C会受到这个13C的耦合裂缝,1J(C-C)的耦合常数在40-50Hz,2J(C-C)在3Hz左右。

图中依然是溶解在水中的3 - 羟基丁酸(4个碳都有13C标记),其中甲基就会受到临位的13C的耦合,每个峰还有一个小裂分,是间位的13C耦合。同样的其他位点的峰也一样。
注意问题
如果出现去耦不完全,比如1H的九十度脉冲不正确,就会导致出现诡异的裂分模式,特别是含有盐的水样,没有进行正确的九十度的计算,就会出现裂分错误。