一、核磁共振碳谱的特点
1、灵敏度低
由于γc= γH /4，且13C的天然丰度只有1.1%，因此13C核的测定灵敏度很低，大约是H核的1/6000，测定困难。
2、 分辨能力高
氢谱的化学位移δ值很少超过10ppm，而碳谱的δ值可以超过200ppm，*高可达600ppm。这样，复杂和分子量高达400的有机物分子结构的精细变化都可以从碳谱上分辨。同时13C自身的自旋-自旋裂分实际上不存在，虽然质子和碳核之间有偶合，但可以用质子去偶技术进行控制。
3、 能给出不连氢碳的吸收峰
有机化合物分子骨架主要由 C 原子构成，因而13C NMR 能更**地提供有关分子骨架的信息。而 1HNMR 中不能给出吸收信号的 C=O、C=C、C≡C、C≡N以及季碳等基团，在 13CNMR 中都可以直接给出特征吸收峰。13CNMR 可直接观测不带氢的含碳官能团，如羰基、氰基等。
4、 不能用积分高度来计算碳的数目
13C NMR的常规谱是质子全去偶谱。对大多数碳，尤其是质子化碳，他们的信号强度都会由去偶的同时产生的NOE效应而大大增强。因此不到呢**的碳原子的数目不能通过常规共振谱的谱线强度来确定。
5、 弛豫时间T1可作为化合物结构鉴定的波谱参数
在化合物中，处于不同环境的13C核，他们的弛豫时间数值相差较大，可以达到2~3个数量级，通过T1可以致人结构归属，窥测体系的运动情况等。
二、核磁共振碳谱的测定方法
1、 脉冲傅里叶变换法
脉冲傅立叶变换法（Pulse Fourier Transform，简称PFT法）是利用短的射频脉冲方式的射频波照射样品，并同时激发所有的13C核。由于激发产生了各种13C核所引起的不同频率成分的吸收，并被接收器所检测。
2、 核磁共振碳谱中的几种去偶技术
13C核的天然丰度很低，分子中相邻的两个 C 原子均为 13C 核的几率极低，因此可忽略 13C 核之间的偶合。
13C-1H 之间偶合常数很大，高达 120～320Hz，而13C 被偶合氢按 n＋1 规律分裂为多重峰，使谱图不易解析，为提高灵敏度和简化谱图，须去掉 1H 对 13C 的偶合，方法有如下几种。
1）质子带宽去偶法
又称噪声去偶，是*重要的去偶技术。在扫描时，同时用一强的去偶射频对可使全部质子共振的射频区进行照射，使全部质子饱和，从而消除碳核和氢核间的偶合，得到简化的谱图。
2）偏共振去偶法
与质子宽带去偶相似，只是此时使用的干扰射频使各种质子的共振频率偏离，使碳上质子在一定程度上去偶，偶合常数变小(剩余偶合常数)。峰的分裂数目不变，但裂距变小，谱图得到简化，但又保留了碳氢偶合信息。用偏共振去偶法可以确定与碳原子相连的质子数目，从而可判断各碳的类型。
3）门控去偶法
又称交替脉冲去偶。接收到的信号既有偶合，又有NOE增强的信号，即既保留了峰的多重性，又达到谱峰强度增加的目的。
4﹚ 反转门控去偶法
又称抑制NOE的门控去偶。可以得到碳数与信号强度基本上成正比的图谱。
5）选择质子去偶
又叫单频质子去偶。其目的是为了使待指认的13C峰去偶，其它13C不去偶，以便区别。首先记录该化合物的氢谱，然后选择去偶质子，用其共振频率去照射，使其饱和，与其相连的13C不被偶合，成为单峰。使用此法依次对1H 核进行照射，即可使相应的13C核信号得到准确的归属。
6）INEPT谱和DEPT谱
INEPT法：低灵敏度核的极化转移增强法
DEPT法：不失真地极化转移增强法
三、13C的化学位移
1.屏蔽常数
与H核一样，C核的共振频率ν与BO有如下关系：
由于核所处化学环境不同其屏蔽常数σ的值不同，因此共振频率ν也不同。
2. 影响13C化学位移的因素
1）碳杂化轨道
以TMS为标准，对于烃类化合物来讲：
sp3杂化碳的 δ 范围为：0~60ppm
sp2杂化碳的 δ 范围为：100~150ppm
sp杂化碳的 δ 范围为：60~95ppm
2）诱导效应
诱导效应使碳的核外电子云密度降低，具有去屏蔽作用。
3）共轭效应
共轭效应会引起电子云分布的变化，导致不同位置C的共振吸收峰发生偏移。苯环上氢被具有孤对电子的基团（－NH2，－OH等）取代，发生 p-π 共扼，使邻、对位碳的电荷密度增加，屏蔽作用增强，导致邻、对位碳的化学位移较苯移向高场。同理，吸电子基使邻、对位去屏蔽，则导致邻、对位碳信号移向低场。但不影响间位碳的化学位移。
4）立体效应
13C的化学位移对分子的立体构型十分敏感。对于范德华效应，当两个H原子靠近时，由于电子云的相互排斥，使电子云沿着 H-C 键向 C 原子移动，C 的屏蔽作用增加，δ向高场移动。
5）氢键
氢键包括分子内氢键和分子间氢键。羰基化合物分子内氢键的形成，使O原子上的孤对电子移向H原子，因此羰基C原子更缺少电子，故共振移向低场。分子间氢键的作用与分子内氢键类似。
6）测定条件：溶剂和温度等。
四、13C NMR的自旋偶合及偶合常数
1、 13C-1H的自旋偶合
1H的天然丰度为99.98%，13C-1H偶合不能不考虑。mJ(13C-1H)与m和C原子的杂化程度有关：
1JC-H *大，通常在120~320Hz之间；
2J次之，通常在60Hz以内；
3J更小，一般在十几Hz以内；
4J很小，一般不超过1Hz。
sp3杂化13C的1JC-H *小，sp2杂化者较大，sp杂化者*大。
吸电子基使C-H键加强，故1JC-H 增大；空间位阻使C-H键减弱，故1JC-H 随之减小。由1H核引起的13C共振峰的裂分符合 n+1 规则。
2、 13C-X的自旋偶合
19F 和 31P 的天然丰度均为100%，而且在质子去偶过程中不能消除它们对 13C 的偶合，必须予以考虑。它们和 13C 的偶合符合 n+1 规则。
2D 的 I=1，它和 13C 的偶合符合 2n+1规则，因此 D核使 13C 显示 1:1:1 的三重峰。若用 CDCl3 作溶剂，则在 δ=77ppm 附近显示 1:1:1 的三重峰。六氯代丙酮则在δ=29.8ppm 显示七重峰。
五、 核磁共振碳谱的解析步骤
13C NMR解析步骤：
1、确定分子式，计算不饱和度；
2、排除溶剂峰及杂质峰；
3、判断分子结构的对称性；
4、判断C原子结构以及级数；
5、确定C核和H核的对应关系；
6、提出结构单元并给出结构式；
7、排除不合理的结构；
8、与标准波谱图谱进行比对。
六、 自旋-晶格弛豫时间（T1）
磁共振成像时，对置于外磁场BO中的自旋系统施加射频脉冲，则自旋系统被激励，其净磁化矢量指向偏转，不再与外磁场BO方向平行（如与BO垂直）。射频脉冲终止后，被激励的质子与周围环境(晶格)之间发生能量交换，把能量传递给周围的晶格，同时其净磁化矢量指向逐渐恢复与外磁场方向平行。该过程在自旋与晶格之间有能量交换，故自旋-晶格弛豫又称热弛豫。自旋-晶格弛豫与外磁场场强有关。
分子中碳原子的自旋-晶格弛豫时间T1也是13C NMR谱的重要参数。T1数值随化学环境不同而有很大差别，因此T1的测定对谱线的表示、结构鉴定、分子运动的研究等方面都有重要意义。
1、自旋-晶格弛豫机理
弛豫时间可能反映分子的结构和它的运动状态。能够给核自旋系统提供起伏局部场，就可能满足弛豫的要求，所以弛豫有各种各样的机理，我们所测定到的弛豫速率（1/T1）是各种弛豫贡献的总和。
弛豫机理包括：偶极-偶极弛豫（DD）、自旋-转动弛豫（SR）、化学位移各向异性弛豫（CSA）、标量偶合弛豫（SC）等。
2 、T1值的应用
1.识别碳的类型和分子大小
2. 估计分子的各向异性情况
3. 了解分子内部旋转运动、分子链的柔顺性
4. 研究分子的空间位阻
