La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) es una técnica fundamental utilizada para obtener información estructural y dinámica de moléculas. Este documento detalla los principios teóricos de la RMN, así como sus aplicaciones en el análisis químico, incluyendo ejemplos específicos de espectros y técnicas asociadas. Además, aborda la evolución histórica de la RMN y los diferentes tipos de espectrómetros utilizados en esta metodología.

1. ESPECTROSCOPIA DE RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR1Isabel Cristina Carbal CuestaClaire Stephanie Colina Berdugo Randy Reina RiveroMaría José Sierra JiménezKatherine Tamayo SánchezCandelaria Tejada TovarUniversidad de CartagenaFacultad de IngenieríaIngeniería QuímicaCuarto SemestreCartagena de Indias, D.T. y C.Noviembre 2010

2. Contenido2Espectroscopia de RMN

3. Tipos de RMN

4. Teoría de la RMN: Descripción cuántica de la RMN

5. Niveles de energía de un Campo Magnético

6. Distribución de las partículas entre los estados cuánticos magnéticos

7. Descripción clásica de la RMN

8. Procesos de absorción de la onda continua y de relajación en RMN

9. Espectrómetro RMN

10. Componentes de los espectrómetros de transformada de Fourier

11. Aplicaciones de la RMN de Protón

12. RMN del Carbono-13 y sus aplicaciones

13. RMN de otros núcleos

14. RMN de transformada de Fourier

15. Imagen por RMN

16. Utilidades de la RMI

17. Funcionamiento de los equipos

18. Algunas imágenes por RMNESPECTROSCOPIA DE RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEARRMN: Se basa en la medida de la absorción de la radiación electromagnética en la región de las radiofrecuencias aproximadamente de 4 a 900 MHz . La espectroscopia de RMN es una de las principales técnicas empleadas para obtener información física, química, electrónica y estructural sobre moléculas. Es una poderosa serie de metodologías que proveen información sobre la topología, dinámica yestructura tridimensional de moléculas ensolución y en estado sólido. 3

19. Un poco de Historia … 1924: Las bases teóricas del RMN fueron propuestaspor W. Pauli.1946: Bloch y Purcell demuestran que los núcleos en un campo magnético intenso absorben radiación electromagnética.1953: Varian Associates comercializaron el primer espectrómetro de alta resolución, para estudios estructurales químicos.4

20. Tipos de RMNEspectrómetro de RMN con Onda Continua (CW): Son semejantes en principio a los instrumentos ópticos de absorción en que se minoriza la señal de absorción a medida que se barre lentamente la frecuencia de la fuente.Espectrómetro de RMN de impulsos o de transformada de Fourier (FT/RMN): En este tipo de instrumentos , la muestra se irradia con impulsos periódicos de energía RF que atraviesan la muestra perpendicularmente al campo magnético. 5

21. TEORÍA DE LA RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEARDESCRIPCIÓN CUÁNTICA DE LA RMN Para explicar las propiedades de ciertos núcleos, es necesario suponer que giran alrededor de un eje y por ende tienen las siguientes propiedades:Espín.Momento angular p cuyas componentes poseen los valores de I, I-1, I – 2, …, - INumero cuántico de espín I.Estados discretos 2I + 1.componentes de P con valores de I, I-1, I – 2, …, - I.Momento magnético de un núcleoEstado cuántico magnético observables m, con m = I, I-1, I – 2, …, - I.

22. NIVELES DE ENERGÍA EN UN CAMPO MAGNÉTICOSustituyendo el valor de ΔE en la ecuación de Plank, tenemos que:

23. DISTRIBUCIÓN DE LAS PARTÍCULAS ENTRE LOS ESTADOS CUÁNTICOS MAGNÉTICOSCuando los núcleos se colocan en un campo magnético , estos tienden a orientarse de modo que predomine el estado de menor energía (m = ½).Con el propósito de calcular la extensión de esta predominancia, se utiliza la ecuación de Boltzmann :

24. DESCRIPCIÓN CLÁSICA DE LA RMNPRECISIÓN DE LOS NÚCLEOS EN UN CAMPODebido al efecto giroscópico, la fuerzaaplicada por el campo sobre el eje derotación provoca un movimiento no en el plano de la fuerza sino perpendicular al mismo; porconsiguiente , el eje de la partícula en rotación se mueve en una trayectoria circular. La velocidad angular del movimiento es :La frecuencia de precesión es

25. PROCESO DE ABSORCIÓN CON ONDA CONTINUALa energía potencial E de la partícula cargada en precesión esta dada por:Para que el dipolo magnético cambie de orientación bruscamente, debe haber una fuerza magnética perpendicular al campo fijo que se mueva en una trayectoria circular en fase con el dipolo en precesión . El momento magnético de una radiación circularmente polarizada de la frecuencia adecuada tiene estas propiedades.Si la frecuencia de rotación del vector campo magnético es igual a la frecuencia precesión del núcleo, puede tener lugar inversión del dipolo y la absorción.

26. PROCESO DE RELAJACIÓN EN RMNExiste el riesgo de que el proceso de absorción iguale el numero de núcleos en ambos estados y en este caso la señal de absorción disminuirá y tendera a cero (sistema de espín saturado).A fin de evitar la saturación, es necesario que la velocidad de relajación de los núcleos excitados a sus estados de menor energía sea igual, o mayor, que la velocidad de absorción de la energía de radiofrecuencia.

27. ESPECTRÓMETRO RMN12

28. Anteriormente, los espectrómetros de RMN de alta resolución eran de ondas continuas y se usaban imanes permanentes o electro imanes. Hoy en día estos aparatos se han sustituidos por los espectrómetros de transformada de Fourier. 13

29. Componentes de los espectrómetros de transformación de Fourier 14

30. Imanes15

31. Sonda de MuestraPosee diferentes funciones:16

32. El detector y el Sistema de procesamiento de Datos 17

33. APLICACIONES DE LA RMN DE PROTÓN Identificación de Compuestos:Un espectro de RMN, pocas veces basta por si mismo para la identificación de un compuesto orgánico. Sin embargo si se utiliza con otras informaciones se convierte en una herramienta indispensable para identificar compuestos puros. Aplicaciones de la RMN al análisiscuantitativo:Este tipo de aplicación no se ha generalizado por el coste de los instrumentos. Además, la probabilidad de que los picos de resonancia se superpongan se hace mayor al aumentar la complejidad de la muestra.18