导读：本文是 ACD/Labs 中国区软件应用工程师朱秦基于实际操作与案例的 NMR Workbook Suite 全面体验报告：从界面与数据管理，到化学位移预测准确性实测（¹H 误差 0.2 ppm 内、R²＞0.99），再到以 strychnine 为例的四级结构确证流程（SSV / CCV / UBV / ASV），为科研人员选型和使用提供实践依据。
朱秦（Chin） ACD/Labs 中国区软件应用工程师
2025 年加入 ACD/Labs，负责软件应用技术支持。曾先后任职于多家知名药企与 CRO 企业，积累了极为丰富的药物研发实战经验，在小分子药物研发 API 及其有关物质结构鉴定方面有深厚的专业积累。
在现代化学研究中，核磁共振（NMR）技术已成为确定分子结构、分析化合物纯度和研究分子动力学的核心手段。随着科研需求的日益复杂化，对 NMR 数据分析软件的要求也不断提高。NMR Workbook Suite 作为 ACD/Labs 公司推出的高级核磁数据分析工具套件，凭借其集成的多种先进功能，致力于帮助科研人员更高效、准确地处理和解析 NMR 数据。本次评估通过实际操作和案例分析，全面体验了该软件在核磁数据分析方面的各项功能，旨在为科研工作者选择和使用该软件提供有力的实践依据。
NMR Workbook Suite 的界面设计简洁直观，符合用户操作习惯。主界面布局合理，菜单栏按功能分类清晰展示操作选项，工具栏则集成了常用工具的快捷按钮，数据显示区能够实时呈现 NMR 及其他分析数据。软件支持高度自定义功能，用户可通过拖放操作自由调整各模块的位置和大小，并保存定制化界面配置以供后续调用。此外，用户还可为不同的分析任务保存多种界面布局，实现工作模式的快速切换，从而显著提升工作效率。
软件支持所有主流仪器厂商的一维和二维核磁数据格式，包括布鲁克、瓦里安、日本电子等常见品牌，同时还支持 JCAMP-DX 等标准格式，确保了与不同型号 NMR 仪器的数据兼容性。在数据导入环节，用户只需选择文件路径或将文件直接拖入窗口，软件便会自动识别实验类型并完成相应处理。值得一提的是，除了 NMR 数据的读取与分析，软件还支持主流仪器厂商质谱、色谱和光谱等多种数据的读取和处理，使用户可以在一个软件、同一界面中处理分析所有分析数据。
数据成功导入后，软件强大的数据处理能力就得以体现。除支持手动处理外，还提供自动、半自动方式对数据进行分析和处理：自动处理适用于常规、数据特征明显的实验数据，能快速得出分析结果；半自动处理则适用于需要人工适当干预判断的数据，既保证工作效率，又兼顾数据准确性。
对于项目数据，软件拥有先进且便捷的数据库管理模式：将项目中的结构、反应、谱图等内容存储于可搜索、可共享的数据库，不仅能收纳 NMR 数据，还能同时存储红外光谱、质谱等多种分析数据；实验条件、样品信息以及操作人员等与实验相关的详细信息或描述性文本备注也一并存储，实现数据与元数据的关联存储。检索方面，可通过结构、谱图、文本或其他多种参数检索，并支持复杂检索参数的保存以便二次检索；同时支持多个数据字段与多个数据库并行检索，显著提升工作效率。
软件基于先进的神经网络算法，结合其庞大且经过严格验证的化学位移数据库进行化学位移预测。该数据库包含超过 240 万个氢化学位移、340 万个碳化学位移数据，涵盖各种类型的化合物和化学环境。算法通过对分子结构的深入分析，综合考虑原子间的电子效应、空间效应以及化学键的性质等因素，精确计算出不同原子所处化学环境的差异，从而实现对化学位移的准确预测。用户也可根据自身需求选择不同的预测算法——神经网络算法、HOSE 算法或增量法，以适应不同类型化合物的预测需求；软件还能针对不同溶剂环境进行谱峰预测，使预测结果更贴合实验值。
随着现代化学的发展，分子结构日益复杂，杂原子尤其是与 ¹H、¹³C 同样具有较高天然丰度且自旋量子数 I = ½ 的 ¹⁵N、¹⁹F、³¹P，在核磁研究中受到越来越多的关注。ACD 提供了经过数万种化学结构的杂核核磁数据训练的 ¹⁵N、¹⁹F、³¹P 模拟算法，能够对这些杂核进行同样高效准确的模拟。
为验证化学位移预测功能的准确性，作者选取了 10 种结构明确的有机化合物，涵盖烷烃、烯烃、芳烃以及含杂原子的化合物等类型，对软件的 ¹H、¹³C、¹⁹F 模拟能力进行测试。将预测的化学位移值与实际测量值对比（图3），拟合优度高，决定系数 R²＞0.99：
这些数据充分证明了软件在氢、碳和杂核（以氟为例）化学位移预测方面具备高准确性。
结构确证是 NMR Workbook Suite 的典型应用场景之一，利用一维、二维谱图对化合物结构进行严谨验证。传统软件在处理图谱时，需对每一张图谱分别进行处理、归属和验证，过程繁琐且耗时。除了丰富的自动谱图处理功能外，软件还具有独特的多谱图同步（NMR Sync）功能：导入用于结构确证的项目图谱数据后，软件会自动将这些图谱信息关联起来，用户在任一谱图中处理数据时，与之关联的其他谱图中相关位置的峰也会同步被处理，显著减少手动操作次数、提升工作效率。
软件提供自动归属和手动归属两种模式：自动归属模式依托内置算法，依据多谱图信息高效精准地对谱峰进行归属，迅速确定原子之间的连接关系——例如处理 strychnine 的 NMR 数据时，软件能在极短时间内凭借氢谱、碳谱及各类二维图谱的信息，将氢、碳原子信号准确归属、标注相关性，并给出匹配因子（Match Factor, MF）评判图谱与结构的匹配程度；手动归属模式则赋予用户充分自主性，过程中软件会自动在结构上显示最佳归属位置，当归属出明显不符合经验的数据时也会予以提示，最大程度确保归属准确性。
在数据管理方面，可将处理好的数据分类储存在可搜索、可共享的数据库中，还支持将数据库与外部软件（如 ELN、LIMS）连接，使所有数据流动起来，形成完整的数据流。软件提供详尽直观的报告模板并支持用户自行创建，最终报告可以 Word、PDF 或软件原始格式 .sk2 生成。
以 strychnine 的结构确证为例：
数据导入：将其氢谱、碳谱、COSY、HSQC、¹H-¹³C HMBC 以及 ¹H-¹⁵N HMBC 谱导入软件，新建结构验证项目，随后在 ChemSketch 中绘制添加或从 ACD 内置字典导入 strychnine 结构（图a、图b）。逐一检查导入的图谱后，使用自动谱图处理功能对谱图进行处理（软件中带有齿轮标志的图标为自动功能）。
谱图处理：点击底部 Process 工具栏对应图标，即可对氢谱和碳谱进行自动相位校正和基线校正，随后自动按照溶剂峰或 TMS 设定参考标准；一维图谱处理完成后即可对所有谱图进行自动对齐。上述图标旁的小三角可对自动功能进行个性化设置，以满足不同用户或项目的需求。
自动分析：使用底部 Peak Detection 工具栏的单谱图或项目谱图自动处理功能，对所有图谱自动标峰；完成后检查图谱查看检峰质量，若有漏检或多检的峰可手动更正。
自动归属：点击 Interpret 工具栏的自动归属图标，软件将进行谱图自动归属，并通过算法对谱图与结构的匹配因子（Match Factor）进行打分（图4）。
数据管理：借助数据库功能，能够把项目相关的所有图谱、分析方法、元数据以及化合物结构等信息，统一存储在便于搜索和访问的数据库里，让数据访问与团队协作变得轻松便捷。
数据报告：之后用户可以生成自定义报告（图5），将信息传达给项目团队和接收分析师。清晰明了的报告有助于内部同事与合作单位之间更有效地沟通协作，简化知识与经验的共享。
除了支持单结构多谱图结构确证外，软件还具备多结构多谱图并行验证功能，可在自动归属参数设置中开启。在评估多个候选结构（如位置异构体）时，软件能够并行地将这些结构与 NMR 图谱进行比对验证，计算每个候选结构与图谱数据的匹配程度，通过匹配因子、结构有效性概率等，最终筛选出最佳匹配结构（图6）。
例如，当某一反应可能产生多个不同反应位点的异构体产物时，可将所有可能的结构一同导入软件，并行开展结构确证工作。软件能快速对这些结构进行同步验证，并凭借算法给出最佳匹配结构，极大地提高结构确证的效率和准确性。此外，软件还支持通过算法自动生成异构体，为结构验证提供参考。
传统结构验证可能会因为分析人员先入为主的观念或有限的结构假设，导致忽略一些潜在的合理结构。软件的无偏向结构验证功能则不同：它可以调用 ACD/Labs 专家级核磁软件 Structure Elucidator Suite 的部分功能，利用实验数据，基于分子连接图（Molecular Connectivity Diagram, MCD），无偏向地生成所有可能结构，并实时显示结构与谱图的匹配排序（图7）。通过这种无偏向的验证方式，软件能够准确计算出最佳匹配结构，避免人为因素对结构验证的干扰，为复杂化合物的结构解析提供更可靠的方法。
通过软件提供的自动结构验证插件，可以实现自动高通量结构验证：只需将谱图与结构数据导入自动结构验证工具，软件即可批量对结构与谱图进行自动结构验证并给出匹配因子，用户可自行设置放行阈值进行过滤。与传统结构验证相比，该功能可极大提高工作效率——尤其在原料复检或批量放行等应用方向上，能快速完成大量样品的结构验证工作。
经过本次全面且深入的体验评估，NMR Workbook Suite 在 NMR 数据分析领域展现了卓越的性能：功能强大全面，操作便捷高效，数据精准可靠，结构确证智能高效，数据管理先进完善。其独特的多谱图同步功能和多样的结构确证模式极大提高了结构确证的效率与可靠性，强大的数据管理和检索功能则为科研工作的高效开展奠定了坚实基础。软件在工业和学术界多年的应用已经帮助成千上万的科学家实现更轻松的数据分析和管理。
在全面 AI 赋能的当下，ACD/Labs 在数据管理领域的前瞻性布局备受瞩目：通过详尽且规范化的数据收集、整理与存储，为用户打造高质量的结构化 AI-Ready 数据资源库模板，能够充分发挥 AI 算力，显著提升机器学习模型的训练效率，为 AI 在新药开发中的全面应用开辟全新可能性。展望未来，期待软件研发团队一方面通过引入自动化软件设计逻辑、部署智能工作流引擎，实现常规分析的高效自动化完成；另一方面持续为科学家打造专业且易用的先进工具，利用 AI 辅助提高人工决策效率与准确性，实现人机协同创新。
凯美科提示：广州凯美科信息技术有限公司为医药、化工、食品等领域的科研与产业用户提供化学信息学软件产品与技术服务。如需了解 NMR Workbook Suite 的产品方案、试用与培训安排，欢迎与我们联系。
