2二维谱实验oA.原则上二维谱可以用概念上不同的三种实验获得原则上二维谱可以用概念上不同的三种实验获得,(如图如图4.1)o(1).频率域实验频率域实验(frequency-frequency)o(2).混合时域混合时域(frequency-time)实验实验o(3).时域时域(time-time)实验实验.o它是获得二维谱的主要方法它是获得二维谱的主要方法,以两个独立的时间变以两个独立的时间变量进行一系列实验量进行一系列实验,得到得到S(t1,t2),经过两次傅立经过两次傅立叶变换得到二维谱叶变换得到二维谱S(1,2).通常所指的通常所指的2D-NMR均是时间域二维实验均是时间域二维实验图图4.1 2D-NMR 三种获得方式三种获得方式B)二维核磁共振时间分割o二维谱实验中，为确定所需的两个独立的时间变量，要用特种技术二维谱实验中，为确定所需的两个独立的时间变量，要用特种技术时间分割即把整个时间按其物理意义分割成四个区间如图时间分割即把整个时间按其物理意义分割成四个区间如图所示）所示）o（1 1）预备期：预备期在时间轴上通常是一个较长的时期，使核自旋）预备期：预备期在时间轴上通常是一个较长的时期，使核自旋体系回复对平衡状态，在预备期末加一个或多个射频脉冲，以产生体系回复对平衡状态，在预备期末加一个或多个射频脉冲，以产生所需要的单量子或多量子相干。
所需要的单量子或多量子相干o（2 2）发展期：在）发展期：在t1t1开始时由一个脉冲或几个脉冲使体系激发，此时开始时由一个脉冲或几个脉冲使体系激发，此时间系控制磁化强度运动，并根据各种不同的化学环境的不同进动频间系控制磁化强度运动，并根据各种不同的化学环境的不同进动频率对它们的横向磁化矢量作出标识率对它们的横向磁化矢量作出标识o（3 3）混合期：在此期间通过相干或极化的传递，建立检测条件混合期：在此期间通过相干或极化的传递，建立检测条件4 4）检测期：在此期间检测作为）检测期：在此期间检测作为t2t2函数的各种横向矢量的函数的各种横向矢量的FIDFID的变的变化以及它的初始相及幅度受到化以及它的初始相及幅度受到t1t1函数的调制函数的调制与与t2t2轴对应的轴对应的22（轴），通常轴），通常是频率轴，与t1轴对应的1是什么，取决于在发展是何种过程o相干(ccherence):是描述自旋体系状态的波函数之间关系的一种物理量它通常没有简单的模型，它是横向磁化及相位的量不仅包括m=1,而且包括m=0,m=2状态之间关系)它可以通过射频脉冲的作用传递oC.实验过程：用固定时间增量t1依次递增t1进行系列实验，反复叠加，因t2时间检测的信号S(t2)的振幅或相位受到s(t1)的调制，则接收的信号不仅与t2有关，还与t1有关，每改变一个t1，记录S(t2),因此得到分别以时间变量t1,t2为行列排列数据矩阵，即在检测期获得一组FID信号，组成二维时间信号S(t1,t2)。
因t1,t2是两个独立时间变量，可以分别对它们进行傅立叶变换，一次对t2,一次对t1,两次傅立叶变换的结果，可以得到两个频率变量函数S(1,2)如图3二维谱的表达方式二维谱的表达方式（1）堆积图）堆积图(stackedplot).o堆积图的优点是直观堆积图的优点是直观,具有立体感具有立体感.缺点是缺点是难以确定吸收峰的频率大峰后面可能隐难以确定吸收峰的频率大峰后面可能隐藏小峰，而且耗时较长藏小峰，而且耗时较长o(2)等高线（等高线（Contourplot）等高线图类似于等高线地图，这种图的优点等高线图类似于等高线地图，这种图的优点是容易获得频率定量数据，作图快缺点是容易获得频率定量数据，作图快缺点是低强度的峰可能漏画目前化学位移相是低强度的峰可能漏画目前化学位移相关谱广泛采用等高线关谱广泛采用等高线图图4.3 堆积图堆积图 等高线等高线4二维谱峰的命名二维谱峰的命名o（1）交叉峰（）交叉峰（crosspeak）:出现在出现在12处，（即非对角线上）从峰的处，（即非对角线上）从峰的位置关系可以判断哪些峰之间有偶合关系，位置关系可以判断哪些峰之间有偶合关系，从而得到哪些核之间有偶合关系，交叉峰从而得到哪些核之间有偶合关系，交叉峰是二维谱中最有用的部分。
是二维谱中最有用的部分o（2）对角峰（）对角峰（Autopeak）:位于对角线位于对角线（12）上的峰，称为对角峰对角）上的峰，称为对角峰对角峰在峰在F1和和F2轴的投影轴的投影5二维谱的分类二维谱的分类o二维谱可分为三类：二维谱可分为三类：o1）J分辨谱（分辨谱（Jresolvedspectroscopy）oJ分辨谱亦称分辨谱亦称J谱或者谱或者J谱它把化学位移和自旋偶合的作谱它把化学位移和自旋偶合的作用分辨开来，包括异核和同核用分辨开来，包括异核和同核J谱o2）化学位移相关谱）化学位移相关谱(chemicalshiftcorrelationspectroscopy)o化学位移相关谱也称化学位移相关谱也称谱，是二维谱的核心，通常所指的二谱，是二维谱的核心，通常所指的二维谱就是化学位移相关谱包括同核化学位移相关谱，异核化维谱就是化学位移相关谱包括同核化学位移相关谱，异核化学位移相关谱，学位移相关谱，NOESY和化学交换和化学交换o3）多量子谱（）多量子谱（multiplequantumspectroscopy）用脉）用脉冲序列可以检测出多量子跃迁，得到多量子二维谱冲序列可以检测出多量子跃迁，得到多量子二维谱。
42化学位移相关谱（化学位移相关谱（CorrelatedSpectroscopy,COSY）o二维化学位移相关谱包括o同核化学位移相关谱（同核化学位移相关谱（Homonuclearcorrelation）o1）通过化学键：）通过化学键：COSY,TOCSY,2D-INADEQUATEo2）通过空间：）通过空间：NOESY,ROESYo异核化学位移相关谱（异核化学位移相关谱（Heteronuclearcorrelation）o强调大的偶合常数：强调大的偶合常数：1H-13CCOSYo强调小的偶合常数，压制大的偶合常数：强调小的偶合常数，压制大的偶合常数：COLOC(远程远程1H-13CCOSY)4.2.1同核化学位移相关谱同核化学位移相关谱一COSY(Correlatedspectroscopy)o所谓的所谓的COSY系指同一自旋体系里质子之系指同一自旋体系里质子之间的偶合相关间的偶合相关1H-1H-COSY可以可以1H-1H之间通过成键作用的相关信息，类似于一之间通过成键作用的相关信息，类似于一维谱同核去偶，可提供全部维谱同核去偶，可提供全部1H-1H之间的之间的关联因此关联因此1H-1H-COSY是归属谱线，推是归属谱线，推导结构及确定结构的有力工具。
导结构及确定结构的有力工具COSY90的基本脉冲序列包括两个基本脉冲的基本脉冲序列包括两个基本脉冲在此脉冲作用下，根据发展期在此脉冲作用下，根据发展期t1的不同，自旋体系的不同，自旋体系的各个不同的跃迁之间产生磁化传递，通过同核偶的各个不同的跃迁之间产生磁化传递，通过同核偶合建立同种核共振频率间连接图此图的二个轴都合建立同种核共振频率间连接图此图的二个轴都是是1H的的在在12的对角线上可以找出一维的对角线上可以找出一维1H谱相对应谱峰信号通过交叉峰分别作垂线及水平谱相对应谱峰信号通过交叉峰分别作垂线及水平线与对角线相交，即可以找到相应偶合的氢核因线与对角线相交，即可以找到相应偶合的氢核因此从一张同核位移相关谱可找出所有偶合体系，即此从一张同核位移相关谱可找出所有偶合体系，即等于一整套双照射实验的谱图等于一整套双照射实验的谱图COSY of 2丁烯酸乙酯丁烯酸乙酯2COSY-45o基本脉冲：90t1-45ACQ.在COSY-90的基础上，将第二脉冲改变成45许多的天然产物的直接连接跃迁谱峰在对许多的天然产物的直接连接跃迁谱峰在对角线附近，导致谱线相互重叠，不易解析角线附近，导致谱线相互重叠，不易解析。
采用采用COSY-45由于大大限制了多重峰内由于大大限制了多重峰内间接跃迁，重点反映多重峰间的直接跃迁，间接跃迁，重点反映多重峰间的直接跃迁，减少了平行跃迁间的磁化转移强度，即消除减少了平行跃迁间的磁化转移强度，即消除了对角线附近的交叉峰，使对角线附近清晰了对角线附近的交叉峰，使对角线附近清晰3.相敏相敏COSY谱谱(DQF-COSY)oCOSY谱，由于谱线信号色散分量作用，相邻的谱，由于谱线信号色散分量作用，相邻的峰容易相互部分重叠，交叉峰的精细结构看不清楚，峰容易相互部分重叠，交叉峰的精细结构看不清楚，不便读出偶合常数不便读出偶合常数o相敏相敏COSY(phasesensitive-COSY)谱的相谱的相位很复杂，相位调节的质量直接影响偶合常数的检位很复杂，相位调节的质量直接影响偶合常数的检测即信号灵敏度在测即信号灵敏度在COSY谱中对角线与交叉峰相谱中对角线与交叉峰相位总是相差位总是相差90相敏COSY谱中，磁化转移地谱中，磁化转移地结果产生一对交叉峰相位相差结果产生一对交叉峰相位相差180以AX体系为体系为例其交叉峰为纯吸收线形，对角线为色散型其交叉峰为纯吸收线形，对角线为色散型。
谱图黄色圆圈为正峰，红色为负峰图黄色圆圈为正峰，红色为负峰o谱图正负峰以不同的颜色表示（下图蓝色圆圈为正谱图正负峰以不同的颜色表示（下图蓝色圆圈为正峰，红色为负峰）也可以用实心表示正峰，空心峰，红色为负峰）也可以用实心表示正峰，空心表示负峰表示负峰o其交叉峰为纯吸收线形，对角线为色散型其交叉峰为纯吸收线形，对角线为色散型o从相敏从相敏COSY可以直接读出可以直接读出J值这里需要辨认主值这里需要辨认主动偶合和被动偶合所谓的主动偶合就是相关交叉动偶合和被动偶合所谓的主动偶合就是相关交叉峰直接的偶合其余为被动偶合主动偶合的每一峰直接的偶合其余为被动偶合主动偶合的每一对峰总是一正一负被动偶合的交叉峰是相位相同对峰总是一正一负被动偶合的交叉峰是相位相同（同为正或同为负）（同为正或同为负）AMXo与与COSY有关的实验自旋回波有关的实验自旋回波COSY(SECSY),双量子相干谱（双量子相干谱（DQC-COSY）,同核接力相干谱（同核接力相干谱（RCT）.有兴趣有兴趣的同学，可以阅读有关的书籍的同学，可以阅读有关的书籍二二.天然丰度的双量子天然丰度的双量子13C谱谱INDEQUATE(13C-13C-COSY)这是二维碳骨架直接测定法，是确定碳原子连接顺序的实验，一种双量子相干技术。
是一种13C-13C化学位移相关谱在质子去偶的13C谱中，除了13C信号外，还有比它弱200倍的13C-13C偶合卫星峰，13C-13C偶合含有丰富的分子结构和构型的信息由于碳是组成分子骨架，它更能直接反映化学键的特征与取代情况o但是由于但是由于13C天然丰度仅仅为天然丰度仅仅为1.1%，出现，出现13C-13C偶合的几率为偶合的几率为001，13C-13C偶合引起的偶合引起的卫线通常离卫线通常离13C强峰只有强峰只有20Hz左右，其强度又仅左右，其强度又仅仅是仅是13C强峰的强峰的1/200，这种弱峰往往出现在强，这种弱峰往往出现在强13C峰的腋部，加上旋转边带，质子去偶不完全，峰的腋部，加上旋转边带，质子去偶不完全，微量杂质的影响等因素，使微量杂质的影响等因素，使1JC-C测试非常困难测试非常困难利用双量子跃迁的相位特性可以压住强线，突出卫利用双量子跃迁的相位特性可以压住强线，突出卫线求出线求出JC-C,并根据并根据Jc-c确定其相邻的碳一个碳确定其相邻的碳一个碳原子最多可以有四个碳与之相连，利用双量子跃迁原子最多可以有四个碳与之相连，利用双量子跃迁二维技术测量偶合碳的双量子跃迁的频率。
二维技术测量偶合碳的双量子跃迁的频率。