espectroscopia de resonancia magnetica

 
ESPECTROSCOPIA DE RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR
La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) es una técnica empleada principalmente en la elucidación de estructuras moleculares, aunque también se puede emplear con fines cuantitativos y en estudios cinéticos y termodinámicos. Esta técnica no reemplaza la espectrofotometría de masas (formula molecular) y tampoco la de infrarrojo(identificación de grupos funcionales), si no que las complementa “mapeando” la estructura carbono-hidrogeno de una molécula, lo que permite que al ser utilizadas en conjuntos sea posible determinar la estructura de moléculas complejas.

Ilustración 1. Diferencia entre técnicas de espectrofotometría
Para que se pueda emplear la técnica los núcleos deben tener un momento magnético distinto decero. Esta condición no la cumplen los núcleos con número másico y número atómico par como es el caso de: 12C, 16O, 32S. Los núcleos apropiados y mas utilizados en esta técnica son: 1H, 13C, 31P, 19F y 15N, y otros como: 7Li, 11B, 27Al, 29Si, 77Se, 117Sn, 195Pt, 199Hg, 203Tl, 205Tl, 207Pb.
Se prefieren los núcleos de número cuántico de espín nuclear igual a 1/2, ya que carecen de un momentocuadrupolar eléctrico que produce un ensanchamiento de las señales de RMN. También es mejor que el isótopo sea abundante en la naturaleza, ya que la intensidad de la señal dependerá de la concentración de esos núcleos activos. Por eso, uno de los más útiles en la elucidación de estructuras es el 1H, dando lugar a la espectroscopia de resonancia magnética nuclear de protón. También es importante el 13C,aunque se trata de un núcleo poco abundante y poco sensible.
Este tipo de núcleos son magnéticamente activos, es decir poseen espín, igual que los electrones, ya que los núcleos poseen carga positiva y poseen un movimiento de rotación sobre un eje que hace que se comporten como si fueran pequeños imanes. En ausencia de campo magnético, los espines nucleares se orientan al azar. Sin embargo cuandouna muestra se coloca en un campo magnético, tal y como se muestra en la figura 1, los núcleos con espín positivo se orientan en la misma dirección del campo, en un estado de mínima energía denominado estado de espín α, mientras que los núcleos con espín negativo se orientan en dirección opuesta a la del campo magnético, en un estado de mayor energía denominado estado de espín β.

Figura1.Estados de espín
Si se irradian los núcleos orientados con radiación electromagnética de la frecuencia apropiada, la absorción de energía ocurre y el estado d menor energía “invierte su espín” al de mayor energía. Cuando ocurre esto se dice que los núcleos magnéticos están en resonancia con la radiación magnética aplicada, de ahí el nombre de resonancia magnética nuclear.
La frecuencia exactanecesaria para la resonancia depende de la fuerza del campo magnético externo y de la identidad de los núcleos. Si se aplica un campo magnético muy fuerte, es mayor la diferencia de energía entre los dios estados de espín, y se requiere radiación con mayor frecuencia (mayor energía) para invertir el espín. Si se aplica un campo magnético débil se requiere menor energía para que se lleve a cabo latransición entre los estado de espín nucleares (Figura 2).



Figura 2. Diferencia de energías entre espín nucleares.

Algunos núcleos atómicos sometidos a un campo magnético externo absorben radiación electromagnética en la región de las frecuencias de radio o radiofrecuencias. Como la frecuencia exacta de esta absorción depende del entorno de estos núcleos, se puede emplear para determinar laestructura de la molécula en donde se encuentran éstos.
La siguiente ecuación muestra la dependencia entre la frecuencia de la señal y la fuerza del campo magnético H0 (medida en Teslas, T).
ΔE = h υ = h γ/2π H0donde γ = radio giromagnético.
El valor del radio giromagnético depende del tipo de núcleo que se está irradiando; en el caso del 1H es de 2.675 x 108 T-1s-1. Si el espectrómetro de...