Los fundamentos de la resonancia magnética nuclear
Los fundamentos de la RMN
Capítulo 1
INTRODUCCIÓN
RMN
La resonancia magnética nuclear, o RMN, como la abrevian los científicos, es un fenómeno que ocurre cuando los núcleos de ciertos átomos se sumergen en un campo magnético estático y se exponen a un segundo campo magnético oscilante. Algunos núcleos experimentan este fenómeno y otros no, dependiendo de si poseen una propiedad llamada espín. Aprenderá sobre el espín y sobre el papel de los campos magnéticos en el Capítulo 2, pero primero repasemos dónde está el núcleo.La mayor parte de la materia que puede examinar con RMN está compuesta de moléculas. Las moléculas están compuestas por átomos. Aquí hay algunas moléculas de agua. Cada molécula de agua tiene un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno. Si nos acercamos a uno de los hidrógenos más allá de la nube de electrones, vemos un núcleo compuesto por un solo protón. El protón posee una propiedad llamada espín que:
- puede pensarse como un pequeño campo magnético, y
- hará que el núcleo produzca una señal de RMN.
Espectroscopia
La espectroscopia es el estudio de la interacción de la radiación electromagnética con la materia. La espectroscopia de resonancia magnética nuclear es el uso del fenómeno de RMN para estudiar las propiedades físicas, químicas y biológicas de la materia. Como consecuencia, la espectroscopia de RMN encuentra aplicaciones en varias áreas de la ciencia. Los químicos utilizan habitualmente la espectroscopia de RMN para estudiar la estructura química mediante técnicas simples unidimensionales. Se utilizan técnicas bidimensionales para determinar la estructura de moléculas más complicadas. Estas técnicas están reemplazando a la cristalografía de rayos X para la determinación de la estructura de las proteínas. Se utilizan técnicas espectroscópicas de RMN en el dominio del tiempo para sondear la dinámica molecular en soluciones. La espectroscopia de RMN de estado sólido se utiliza para determinar la estructura molecular de los sólidos.La versatilidad de la RMN la hace omnipresente en las ciencias. Los científicos y los estudiantes están descubriendo que el conocimiento de la ciencia y la tecnología de la RMN es esencial para aplicar y desarrollar nuevas aplicaciones. Desafortunadamente, muchos de los conceptos dinámicos de la espectroscopia de RMN son difíciles de entender para los principiantes cuando se utilizan diagramas estáticos en textos impresos. Los capítulos de este libro de hipertexto sobre RMN están diseñados de tal manera que incorporan figuras tanto estáticas como dinámicas con hipertexto. Este libro presenta una imagen completa de los principios básicos necesarios para comenzar a utilizar la espectroscopia de RMN y le proporcionará una comprensión de los principios de la RMN desde las perspectivas microscópica, macroscópica y del sistema.
Revisión de unidades
Antes de que pueda comenzar a aprender acerca de la espectroscopia de RMN, debe estar versado en el idioma de la RMN. Los científicos de RMN utilizan un conjunto de unidades al describir la temperatura, la energía, la frecuencia, etc. Revise estas unidades antes de pasar a los capítulos siguientes de este texto.Las unidades de tiempo son segundos (s).
Los ángulos se expresan en grados (o) y radianes (rad). Hay 2π radianes en 360o.
La escala de temperatura absoluta en Kelvin (K) se usa en RMN. La escala de temperatura Kelvin es igual a la lectura de la escala Celsius más 273,15. 0 K se caracteriza por la ausencia de movimiento molecular. No hay grados en la unidad de temperatura Kelvin.
La intensidad del campo magnético (B) se mide en Tesla (T). El campo magnético terrestre en Rochester, Nueva York es de aproximadamente 5x10-5 T.
La unidad de energía (E) es el Joule (J). En RMN, a menudo se representa la energía relativa de una partícula utilizando un diagrama de nivel de energía.
La frecuencia de la radiación electromagnética puede expresarse en ciclos por segundo o radianes por segundo. La frecuencia en ciclos por segundo (Hz) tiene unidades de segundos inversos (s-1) y se les da los símbolos ν o f. Las frecuencias representadas en radianes por segundo (rad/s) reciben el símbolo ω. Los radianes tienden a usarse más para describir movimientos circulares periódicos. La conversión entre Hz y rad/s es fácil de recordar. Hay 2π radianes en un círculo o ciclo, por lo tanto
La potencia es la energía consumida por tiempo y tiene unidades de Watts (W).
Finalmente, es común en la ciencia usar prefijos antes de las unidades para indicar una potencia de diez. Por ejemplo, 0,005 segundos se pueden escribir como 5x10-3 so como 5 ms. La m implica 10-3. La ventana de animación contiene una tabla de prefijos para potencias de diez.
En el próximo capítulo, se le presentará la base matemática necesaria para comenzar su estudio de la RMN.
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