Resonancia Magnética Nuclear C13 e H1

Fundamentos de la resonancia magnética nuclear
La espectrometría de la resonancia magnética nuclear se desarrolló en el año de 1946, y en el año de 1951 se descubrió que se podían determinar las estructuras de compuestos orgánicos.
Esta técnica se usó para estudiar núcleos atómicos de elementos con u número impar de protones, de neutrones, o de ambos, siendo algunos ejemplos de estos el ¹H,¹³C, ¹⁵N, ¹⁹F, ³¹P. Los elementos que tengan un número impar de protones, neutrones o ambos, tienden a tener un núcleo magnéticamente activo, haciendo que estos tengan un movimiento de rotación sobre un eje, similar al espín que presentan los electrones.
La carga en el momento angular del giro puede ser descrita como el número cuántico de espín I, el cual tiene los valores de 0, ½, 1, 3/2. El valorcero indica que no hay espín.
El número espín I puede ser determinado con la masa atómica y el número atómico del elemento.
Es más común utilizar los valores de ½ y -½ en la RMN ya que la mayoría de las moléculas orgánicas los presentan.
Cuando estos elementos con núcleo magnéticamente activo están en presencia de un campo magnético, los núcleos que tienen espín positivo (estado espín α)orientaran a la dirección del campo externo, en un mismo nivel de energía. En cambio, los núcleos que tienen un espín negativo (estado espín β), orientaran en contra del campo magnético externo, llegando a un estado de mayor energía. Cuando no existe un campo magnético, los espines de los núcleos se orientan al azar.
Existen más núcleos con estado espín α, y aunque la diferencia de población no esmucha (20 entre un millón de protones), son las que determinan las bases de la resonancia magnética nuclear (RMN).



La diferencia de energía que existen entre el estado espín α y el espín β es determinado por el campo magnético aplicado (Bο). Entre mayor sea este, mayor será la diferencia de energía.


Si una muestra orgánica es irradiada por un pequeño impulso de radiación de la región delas radiofrecuencias (rf 3 KHz a 300 GHz), el estado de espín α es promovido al estado espín β. A este fenómeno se le conoce como “resonancia”, donde los núcleos cambian de un estado espín a otro como respuesta a la radiación rf a la que se someten.
Posteriormente, los núcleos vuelven a su estado espín inicial mientras emiten una frecuencia que depende de la diferencia de energía entre losestados α y β.
Para calcular la diferencia de energía entres los estados espín, se utiliza la siguiente fórmula:
ΔΕ= hν
Donde h es la constante de Plank (2.675x10^8) y ν es la radiofrecuencia expresada en MHz utilizada.


ν= (ϒ/2π)Bο

Donde ϒ es el radio giromagnético, una constante que depende del elemento irradiado. En ¹H es de 2.075x10^8 T^-1 s^-1, y en el ¹³C es de6.688x10^-7 T^-1 s^-1.
Y donde Bο es el campo magnético expresado en Teslas

Una forma también para calcular el radio giromagnético es utilizando la fórmula:
ϒ= 2πμ/hI
Donde μ es el momento magnético nuclear, h es la constante de Plank, y I es el número cuántico del espín nuclear.


Onda continua (Continuos-Wave).
Cabe destacar que los núcleos en los estados espín α y β no estántotalmente alineados en contra o a favor del campo magnético Bο, si no que estos presentan cierto ángulo de inclinación. Por ejemplo, si consideramos que el campo magnético Bο esta inducido en una dirección hacia un eje “z”, los núcleos estarán acomodados en un abanico dentro del eje “z”, sin estar en los ejes “x” o “y” (figura a). Dependiendo del signo de la constante giromagnética (ϒ), los núcleossi alinearan con una fuerza a favor del campo magnético Bο (si es positiva), pero con dicho ángulo antes descrito.
La fuerza aplicada por el campo magnético sobre el eje de rotación causa un movimiento perpendicular a este plano. De esta forma, el eje de la partícula que está rotando se mueve en una órbita circular similar a un cono, se dice que “precesa” alrededor del vector del campo...