RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR

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1 RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR

2 SPIN DEL NUCLEO El nucleo de algunos átomos poseen SPIN. Estos núcleos se comportan como si estuvieran girando... no sabemos si realmente giran! Es como la propiedad de un electrón, que puede poser dos spins: +1/2 y -1/2. Cada núcleo de spin-activo tiene un número de spins definida por su número cuántico de spin, I. los números cuánticos de spin de algunos núcleos comunes..

3 Números cuánticos de spin de algunos núcleos Los isótopos más abundantes de C y O no tienen espín. Elemento 1 H 2 H 12 C 13 C 14 N 16 O 17 O 19 F spin Nuclear No Cuántico 1/ / /2 1/2 ( I ) No. Estados de spin Elementos con masa impar y/o número atómico impar Tienen la propiedad de spin nuclear. El número de estados de spin es 2I + 1, donde I es el número cuántico de spin.

4 EL PROTÓN Aunque está aumentando el interés en otros núcleos, particularmente C-13, el núcleo de hidrógeno (protones) se estudia con más frecuencia, y dedicaremos nuestra atención a ello.

5 ESTADOS DE SPIN NUCLEAR - HIDRÓGENO µ El giro del núcleo cargado positivamente genera un vector momento magnético, µ /2-1/2 DOS ESTADOS DE SPIN µ Los dos estados son equivalentes en energía en ausencia de un campo magnético o un eléctrico.

6 EL FENÓMENO DE RESONANCIA absorción de energía por el núcleo en movimiento (spinning)

7 NIVELES DE ENERGÍA DE SPIN NUCLEAR N En un campo magnético fuerte (Bo) el spin de los dos estados difieren en energía. -1/2 sin alinear +1/2 B o S alineado

8 Absorción de Energía cuantizada opuesto -1/2-1/2 E = hν Radiofrecuencia E +1/2 +1/2 Campo aplicado B o alineado

9 LA SEPARACIÓN DE E DEPENDE DE B o - 1/2 degenerado a B o = 0 E = kb o = hν + 1/2 B o fuerza del campo magnético

10 La ecuación de Larmor!!! E = kb o = hν se transforma en frecuencia de la radiación entrante que provocara una transición ν = γb 0 γ 2π B o Relación giromagnética γ Fuerza del campo magnético γ es una constante que es diferente para cada nucleo (H, C, N, etc)

11 EL EFECTO SECUNDARIO DE UN CAMPO MAGNÉTICO FUERTE CUANDO SE COLOCA UN ÁTOMO DE HIDRÓGENO CON UN SPIN-ACTIVO UN CAMPO MAGNÉTICO FUERTE.. COMIENZA A PRECESAR LA OPERACIÓN DE UN ESPECTRÓMETRO DE RMN DEPENDE DE SUS RESULTADOS

12 N RADIOFREQCUENCIA MHz hν Si ν = ω entonces la energía será absorbida y el spin se invierte. ω S El nucleo precesa con una frecuencia ω al colocarlo en un campo magnético fuerte. RESONANCIA MAGNETICA NUCLEAR RMN

13 Frecuencias de Resonancia Isótopo Abundancia B o (Tesla) Frecuencia(MHz) γ(radians/tesla) 1 H 99.98% H % :1 13 C 1.108% F 100.0%

14 POBLACIÓN E INTENSIDAD DE SEÑAL La intensidad de la señal en RMN depende de la Diferencia de Poblaciones de los dos estados de spins La radiación induce transiciones hacia abajo o hacia arriba. resonancia emisión inducida Para una señal positiva neta debe haber un exceso de spins en el estado de baja energía. Saturación = poblaciones iguales = no hay señal oblación en exceso

15 INSTRUMENTACIÓN CLÁSICA ANTES DE 1960 SE BARRÍA EL CAMPO

16 Un espectrómetro simple de 60 MHz RF (60 MHz) Oscilador Transmitter hν Señal de absorción RF Detector Receiver Registrador MAGNETO N MAGNETO S ~ 1.41 Tesla (+/-) unos pocos ppm Sonda

17 Afortunadamente, los diferentes tipos de protones precesionan a diferentes valores. N B o = 1.41 Tesla EJEMPLO: hν 60 MHz MHz CH 2 C S O CH MHz MHz Para provocar la absorción de la energía a 60 MHz la intensidad de campo magnético, Bo, debe aumentarse a un valor diferente para cada tipo de protones. Las diferencias son muy pequeñas, en el intervalo de partes por millón.

18 EN LA RMN CLÁSICA EL INSTRUMENTO BARRE DE "CAMPO BAJO" A "CAMPO ALTO" CAMPO BAJO ESCALA DE RMN CAMPO ALTO CAMPO BAJO BARRIDO CAMPO ALTO

19 Espectro de Fenilacetona O CH 2 C CH 3 NOTE QUE CADA TIPO DIFERENTE DE PROTON APARECE EN UN LUGAR DIFERENTE - PUEDE INDICAR CUÁNTOS TIPOS DIFERENTES DE HIDRÓGENO HAY???

20 INSTRUMENTACIÓN MODERNA TECNOLOGÍA DE TRANSFORMADA DE FOURIER PULSADA FT-RMN Requiere de una computadora

21

22 EXCITACIÓN PULSADA N PULSO DE RF DE BANDA ANCHA Contiene varias radiofrecuencias (ν 1... ν n ) ν 2 ν 1 O CH 2 C ν 3 CH 3 Todos los tipos de hidrógeno son excitados simultáneamente con el pulso de RF. S

23 DECAIMIENTO INDUCIDO LIBRE FID ( relajación ) ν 1 O CH 2 C CH 3 ν 2 ν 3 ν 1, ν 2, ν 3 tienen diferentes vidas media

24 FID COMPUESTO espectro dominio tiempo tiempo ν 1 + ν 2 + ν

25 TRANSFORMADA DE FOURIER Una técnica matemática que resuelve una señal FID compleja en las frecuencias individuales que se sumaron para generarla. DOMINIO TIEMPO FID convertida a DOMINIO FRECUENCIA ESPECTRO RMN DOMINIO TÉRMINO MATEMÁTICO SEÑAL FT-RMN computadora COMPLEJA ν 1 + ν 2 + ν Transformada fourier una mezcla de frecuencias en decayendo (en tiempo) frecuenciasl individuales Convertidas en espectro

26 El FID compuesto se transforma en un espectro de RMN clásico: CH 2 O C CH 3 espectro dominio frecuencia

27 COMPARCIÓN DE TECNICAS OC Y FT

28 MÉTODO ONDA CONTINUA (OC) EL VIEJO MÉTODO CLÁSICO El campo magnético se BARRE" de campo bajo a campo alto mientras que un haz constante de radiofrecuencia (onda continua) irradía con una frecuencia fija (decir 100 MHz). Este método requiere de varios minutos para graficar en espectro de RMN. LENTO, MUCHO RUIDO

29 METODO DE TRANSFORMADA DE FOURIER PULSADA (FT) EL NUEVO MÉTODO FT - COMPUTADORA Muchos protones se relajan (decaen) de sus estados excitados rápidamente (segundos). El pulso de excitación, la colección de datos (FID), y la operación de FT (computadora) toma unos cuantos segundos. El pulso y la colección de datos se puede ciclar y repetirse cada pocos segundos RÁPIDA BAJO RUIDO Se pueden hacer muchas repeticiones en muy poco tiempo, llevando a mejorar la señal..

30 MEJORA LA RELACIÓN SEÑAL-RUIDO Sumando las señales de muchos impulsos, se puede aumentar la intensidad de la señal por encima del nivel de ruido. ruido señal señal mejorada 1er pulso 2 pulso pulso n etc. sumando muchos pulsos el ruido es aleatorio y se cancela

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