氫原子在有機化合物分子中以單鍵形式與其他原子相連接，氫原子的化學位移、峰形會受到相連原子成鍵影響，最常見的活潑氫是與O、N和S元素相連的，其元素電負性、鍵長及所在化合物類型和相關活潑氫化學位移見表1。O-H、N-H、S-H的化學位移基本覆蓋了氫譜的全部范圍。

影響活潑氫的因素有很多，例如

(1)與相連雜原子的電負性有關; 

(2)當與活潑氫相連的雜原子直接與雙鍵或苯環(huán)相連接時，由于受到苯環(huán)或者雙鍵所在平面的各向異性去屏蔽作用以及雜原子與芳環(huán)或雙鍵的p-π共軛效應造成的活潑氫周圍電子云密度減小，屏蔽效應也就隨之減弱，質子的化學位移將向低場移動，活潑氫化學位移增大，酚的活潑氫化學位移比相應脂肪醇化學位移大，芳香胺比脂肪胺大；N-芳基取代的酰胺活潑氫化學位移比飽和烷基取代的大等等。

(3)氫鍵的形成與溶液濃度、pH、溫度、溶劑等都很有關系，不同的測試環(huán)境將造成氫鍵的締合和解離情況不同，使其化學位移在較大的范圍內變化。

選擇溶劑時，需要考慮溶劑本身是否含有活潑氫，另外溶劑與樣品的活潑氫會不會形成分子間氫鍵。

以乙醇為例(圖1)，當選擇氘代甲醇CD3OD為溶劑時，乙醇的活潑氫會與氘代甲醇殘存質子信號重合，在δ4.81處產生吸收；當使用氘代二甲基亞砜DMSO-d6為溶劑時，由于溶劑很難避免會含有少量的水，在δ3.3左右出峰，本圖移除了殘余水峰，活潑氫在δ4.33處；而以CDCl3為溶劑進行測定時，羥基信號在δ2.61處；同樣在CD3CN中測定時，羥基信號在δ2.60 [4]處。

在核磁共振氫譜中，多數情況下活潑氫吸收峰的峰形表現得與碳上的質子信號相同，峰形尖銳，積分面積與質子數成比例；但有時活潑氫的峰會拉寬，甚至延展得幾乎與譜圖基線一致，如圖2中N-甲基乙酰胺[4]的活潑氫在δ6.4處的吸收峰型很平緩。活潑氫的譜峰積分面積也有可能不足，低于相應的活潑氫的個數。

N-甲基乙酰胺的共振氫譜圖

同時，化合物結構因素對活潑氫峰形也有深遠影響，如羧基的活潑氫、螯合的羥基、烯醇的羥基一般都會表現為寬單峰。與氧原子和硫原子上的活潑氫比較，氧原子和硫原子只能與一個質子相連，而氮上質子有伯和仲之分，另外其氫鍵程度的不同也會使活潑氫存在一定的差異，對活潑氫的核磁共振信號也會產生影響。伯酰胺RCONH2分子中N上孤對電子與羰基p-π共軛使得C―N鍵具有部分雙鍵的性質，C―N鍵不能自由旋轉，旋轉受限使NH2的兩個質子化學不等價，因此兩個氫雖然連接在同一個原子上，譜峰化學位移并不相同，表現為兩個吸收峰，如圖3所示氯乙酰胺的NH2在δ7.5附近的兩個峰[7]；有時甚至合并為一個較平坦的寬峰[3]。仲酰胺RCONHR’以及吡咯環(huán)中的氮上氫往往也不能給出一個尖銳的峰。

常溫下，OH、NH和SH相較，OH交換速度最快，一般無裂分，表現為尖銳的單峰；氨基交換速度中等，有時會產生耦合裂分，但有時又與羥基一樣為尖銳的單峰。巰基SH質子交換速度最慢，和碳上質子一樣，會與鄰近質子有耦合作用。如芐基硫醇在CDCl3中測定(圖4)[7]，亞甲基與巰基之間產生耦合裂分，耦合常數J為7.6 Hz。

芐基硫醇的核磁共振氫譜圖

從測試條件來看，通常常溫下看不到活潑氫與鄰近氫的耦合，但隨著溫度的降低，交換變慢，就可以觀察到活潑氫與鄰近氫的耦合裂分。如甲醇在?54 °C測定，甲基受到羥基的作用，裂分為二重峰，同時羥基在甲基作用下裂分為四重峰。活潑氫在樣品之間或與溶劑之間如果形成氫鍵將會限制其交換，此時就會產生耦合裂分，如高濃度、酸性雜質或者氘代二甲基亞砜DMSO-d6 做溶劑等。

氫元素同位素有氕、氘和氚，最豐同位素是氕，也就是質子，自旋量子數I為1/2，氘是I為1的同位素。核磁共振氫譜測定的是氕元素的信號，氘不會出峰。水分子氫元素被氘取代就是重水D2O。識別活潑氫最簡單的方法是重水D2O交換，如下式所示，利用活潑氫的快速交換機制，將氕與重水的氘交換，譜圖上消失的峰就是活潑氫峰，同時δ4.8左右會出現重水的殘存質子信號[3,6]。圖7是某未知物重水交換前后的核磁共振氫譜對比[8]。

某未知物重水交換前后的核磁共振氫譜圖