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Resonancia magnética nuclear

Publicado por Ángeles Méndez

La resonancia magnética nuclear (RMN), es una técnica física, que se basa en las propiedades mecánico cuánticas que poseen los núcleos atómicos. Dicha técnica fue introducida por Isidor Rabi en el año 1938, y ocho años después se les otorgó el Premio Nobel a Félix Bloch y Edward Mills Purcell, por perfeccionar la técnica.
La resonancia magnética nuclear (RMN) es una de las herramientas con mayor utilidad para el estudio de las estructuras moleculares. Es una técnica que implica que se estudio el espín nuclear. Los electrones, neutrones y protones poseen espines de valor +/- ½. Dentro de un átomo, existen cuatro posibilidades diferentes de hacer conjuntos de partículas nucleares, dichos conjuntos pueden ser: un conjunto de números pares, ya sea de protones como de neutrones; un número impar de protones y par de neutrones; una cantidad par de neutrones e a la vez, impar de neutrones también, o cantidades impares tanto de neutrones como de protones. Las últimas tres posibilidades o categorías, poseen nucleones desapareados, cosa que cabría esperar que sucediese en multitud de núcleos, pero en cambio, los espines apareados son importante para que se produzca una estabilidad en los núcleos y, tan sólo cuatro núcleos de los 273 estables existentes, poseen números impares ya sea de protones como de neutrones.

Fisión nuclear

Los nucleones que no están apareados pueden tener espines de + ó – ½, teniendo ambos estados, igual energía. En cambio, en los campos magnéticos, los espines pueden ser paralelos u opuestos a éste, siendo en el caso de ser paralelo, de menor energía. La diferencia entre los dos niveles de energía es bastante pequeña, y hace referencia al intervalo de radiofrecuencia de un espectro electromagnético. Por ejemplo, si hacemos un enfoque con una fuente de ondas de radios en alguna muestra que posea electrones desapareados y intentamos ajustar la frecuencia de las ondas con la finalidad de que éstas coincidan con el nivel energético de la diferencia ( o separación), ocurrirá que la muestra absorberá la radiación electromagnética cuando los nucleones que no se encuentren apareados inviertan su espín para hacerlo opuesto al campo, o lo que es lo mismo, para poder pasar de nivel energético más alto. Por ejemplo, un campo electromagnético de 15000 gauss, la absorción ocurre a 63.9 MHz, o lo que es lo mismo, 6.39 x 10^7 s^-1, para el protón que se encuentre aislado.

La intensidad de la absorción depende del tipo de núcleo. El hidrógeno por ejemplo, tiene un núcleo que posee una absorción de mayor intensidad. Esto es bueno, pues el hidrógeno es el elemento más abundante del Universo, por lo que es más fácil poder estudiar su comportamiento. Incluso hoy en día, muchos años después del descubrimiento de este tipo de técnica, el hidrógeno es el elemento que más se ha podido estudiar a través de RMN.

Si fuera todo esto lo único que una RMN puede realiza, sin duda no sería una técnica útil. Sin embargo, los electrones que se encuentran rodeando a un núcleo, hacen que se vea afectado el campo magnético para cada entorno de diferente manera del campo aplicado a través de un imán. La separación de los distintos niveles energéticos, así como la frecuencia de la radiación que se absorbe son únicas para cada una de las especies. Por lo tanto, la frecuencia de absorción es un claro reflejo del entorno atómico. La cantidad de diferencia en la frecuencia absorbida, también conocida como desplazamiento químico, o incluso desplazamiento simplemente, es bastante pequeña, entorno a un 10^-6 de la señal. Es por esto que el desplazamiento se mide en partes por millón (ppm). También pueden existir separaciones de niveles de transición debido a la interacción que se realiza con los núcleos vecinos que posean un espín impar. Este hecho permite, por lo general, poder identificar las posiciones relativas de los átomos a través de RMN.

La técnica de la RMN, es de gran utilidad para la química, sobretodo para la química orgánica, ya sea porque permite la identificación de los compuestos, o por la distribución electrónica que existe dentro de las moléculas. También es ampliamente utilizada en el campo de la medicina, para obtener imágenes (MRI).

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