rmn 1 y 2.pdf
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Terico de espectroscopia de Resonancia Magntica Nuclear
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Prof. Dr. Martn DesimoneCtedra de Qumica Analtica Instrumental
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LONGITUDDE ONDA ()()()() 10 13 10 11 10 9 10 7 10 5 10 3 10 2 10 1 10 0 10 2 10 3 metros (m)
FRECUENCIA (((()))) 10 21 10 19 10 17 10 15 10 13 10 11 10 10 10 9 10 8 10 6 10 5 Hertz (Hz)
RAYOS GAMMA RAYOS X UV VISIBLE INFRARROJO MICROONDAS ONDAS DE RADIO
RMN
Grupos funcionales Ncleos individuales
IRUV
El fenmeno de la RMN fue descubierto por Purcell y Bloch (Premio Nobel de Fsica 1952)
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I = Nmero cuntico
0 12C, 16O,1/2 1H, 13C, 15N, 19F, 31P1 2H, 14N,
P (momento angular)Principios bsicos de la RMN
Nmero cuntico de espn nuclear (I) de algunos ncleos comunesI Ncleo
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I = Nmero cunticode espn nuclear
(0, 1/2, 1, 3/2, 2, 5/2, ...)
1 H, N,3/2 11B, 23Na, 35Cl, 37Cl5/2 17O, 27Al,
Un ncleo con un nmero atmico impar tiene un espn nuclear. Se dice
que estos ncleos tienen I (nmero cuntico de espn nuclear) distinto de cero. Este tipo de ncleos son magnticamente activos, es decir
poseen espn, y poseen un movimiento de rotacin sobre un eje que hace
que se comporten como si fueran pequeos imanes. Los ncleos con
nmero de spin nuclear I = 0, como el ncleo de 12C, o el 16O no tienen
momento angular y por tanto no son observables por RMN.
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Principios bsicos de la RMN
(momento magntico)++
= P
= cte magnetogrica( giromagntica)
Ncleo Constante Frecuencia Abundanciagiromagntica de resonancia natural (%) (10 7T-1s-1) (MHz)
1H 26,76 400,0 99,985
13C 6,73 100,6 1,108
Debido a la carga nuclear, los
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Para I = , m = +1/2, -1/2 Para I = 1, m = +1, 0, -1
z
z
Bm = +1/2
m = -1/2
z
z
Bm = +1
m = -1
m = nmero cuntico magntico (+I,...-I)Nmero de orientaciones posibles de = 2I + 1
Debido a la carga nuclear, los ncleos llevan asociado un momento magntico (), que es un vector de igual direccin y sentido que el vector momento angular y es proporcional a ste. En presencia de un campo magntico externo, el momento magntico nuclear se orienta en un nmero discreto de posiciones, determinadas por el nmero cuntico magntico (m)
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Polo magntico
B0
INFLUENCIA DE UN CAMPO MAGNTICO EXTERNO
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Polo magntico
(m=+1/2)
(m=-1/2)E = hE
Ncleos con I = 1/2
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7Cuanto ms intenso es el campo magntico externo, mayor es la diferencia de poblaciones
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En
e
r
g
a
INFLUENCIA DE UN CAMPO MAGNTICO EXTERNO
hBo2pi
= h =
La frecuencia requerida para pasar del estado al (que en realidad es simplemente un cambio en la orientacin del spin nuclear), se denomina frecuencia de resonancia () y es proporcional a Bo y a .
8Campo Magntico (B0)
E
n
e
r
g
a
2pi
= Frecuencia de Larmor Bo2pi
=
Frecuencia de Larmor
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Ncleo Constante Frecuencia Abundanciagiromagntica de resonancia natural (%)
(107T-1s-1) (MHz)Para un campo magnetico Bo = 9.4 T
1H 26,76 400,0 99,9852H 4,11 61,4 0,015
Principios bsicos de la RMN
Cada ncleo tiene su
frecuencia de
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13C 6,73 100,6 1,10814N 1,93 28,9 99,6315N -2,71 40,5 0,3717O -3,63 54,3 0,03719F 25,18 376,5 100,031P 10,84 162,1 100,0
frecuencia de resonancia
caracterstica, que depende
de su constante
giromagntica y del campo magntico
externo aplicado.
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Niveles poblacionales
EkTN
N= e
Ej.: Para Bo = 4,7 Teslas y T = 300 K
E= 6,4 x 105
N= 1.00006
E = h
Ley de distribucin de Boltzmann
10
o
y T = 300 K kTE
= 6,4 x 105N
N= 1.00006
E > kT N >> NEn otras espectroscopias
En RMN es como si detectramos slo 1 de cada 100.000 ncleos presentes
PROBLEMAS DE SENSIBILIDAD
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Condicin de resonanciaCondicin de resonanciaCondicin de resonanciaCondicin de resonancia
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Niveles poblacionales
E E E
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UV
IR
RMNE E E
Se muestra aqu la diferencia de energa entre los distintos estados energticos que dan lugar a las distintas espectrocopias.
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Irradiacin conabsorcin de h
Polo magntico
Polo magntico
B0
Polo magntico
Polo magntico
B0
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Irradiacin conabsorcin de h
E
A favordel campo
Contrael campo
Estado
Estado
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RELAJACIN DE ESPN
El retorno al equilibrio se denomina RELAJACIN
El proceso de la resonancia
Pulso de radiofre-
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radiofre-cuencia relajacin
Cuando se deja de aplicar el pulso, el vector magnetizacin tiende a recuperar su posicin de equilibrio mediante un proceso de relajacin(emite la energa absorbida). Este proceso de relajacin da lugar a la FID, que es una onda sinusoidal exponencialmente amortiguada. Esto es lo que se denomina cada libre de induccin (FID, free induction decay).
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Cada libre de induccin (FID, free induction decay)
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Spin-red
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- T2
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Tres requerimientos esenciales:
Un campo magntico (Bo) homogneo e intenso
Una fuente de radiacin de radiofrecuencia (B1) para excitar losncleos de la muestra
Espectrmetro de RMN, 1
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Un mtodo para detectar la seal de RMN
El campo magntico es suministrado por:
Imn permanente Electroimn
Bobina superconductora
60-90 MHz
100-850 MHzBobina superconductora
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Espectrmetro de RMN
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Antiguamente (1950-70)ONDA CONTINUA
Actualmente (desde 1970)TECNICA DE PULSOS (FT)
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RMN de pulsos
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Espectrmetro de RMN El solenoide es superconductor slo a muy bajas temperaturas, por eso se encuentra
rodeado de He lquido (T = 4 K), para evitar que el He se evapore rpidamente, est protegido
por alrededor por N2 lquido (T = -196 oC)
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Espectrmetro de RMN Diagrama de la adquisicin de un espectro de RMN:
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SENSIBILIDAD
Poblacin de los niveles de energa (T y Bo)
Constante giromagntica ()
Abundancia natural del istopo en estudio
Momento cuadrupolar elctrico
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RESOLUCIN
50 MHzJ = 7,5 Hz
100 MHzJ = 7,5 Hz
B0
200 MHzJ = 7,5 Hz
3 2 1
ppm
Resolucin
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