Ressonância Magnética Nuclear

ESPECTROSCOPIA DE
RESSONANCIA MAGNÉTICA
NUCLEAR
Histórico
9
1924: W. Pauli descreveu a base teórica da RMN;
9
1946: Bloch (Stanford) e Purcell (Harvard) demonstraram
a teoria de absorção de radiação eletromagnética de
radiofreqüência por núcleos;
9
1952: Bloch e Purcell recebem o Prêmio Nobel de Física.
Base da Espectroscopia de
RMN
¾
Medida
da
absorção
de
radiação
eletromagnética na região de Radiofreqüência –
rf – (4 a 900 MHz).
¾
Os núcleos dos átomos estão envolvidos no
processo de absorção.
Teoria da RMN
Núcleos possuem carga e a carga gira em torno de
um eixo nuclear gerando um dipolo magnético ao
longo do eixo.
O movimento angular da carga em movimento pode
ser descrito em número de Spin (I).
Teoria da RMN
• A condição principal para absorção de
energia pelo efeito RMN é de que os núcleos
tenham momento angular diferente de zero.
• Elementos como 12C, 16O, 32S não tem spin e
portanto não possuem momento angular e por
isso não dão espectros de RMN.
Teoria da RMN
• O núcleo mais utilizado na Espectroscopia de
RMN é o núcleo de Hidrogênio (1H).
• 1H terá dois estados de spin:
α (+ 1/2)
β (- 1/2)
Propriedades magnéticas de
outros núcleos de spin 1/2
1H
2,6752 x 108
99,98
Freqüência
de Absorção
(MHz)
200
13C
6,7283 x 107
1,11
50,30
9F
2,5181 x 108
100,00
188,25
31P
1,0841 x 108
100,00
81,05
Razão
Núcleo Giromagnética
Abundância
Isotópica (%)
Níveis de energia em um
campo magnético
•
Quando um núcleo com número quântico de
spin ½ é colocando em um campo magnético
externo
B0,
seu
momento
magnético
fica
orientado em uma das duas direções com
relação ao campo, dependendo do seu estado
quântico magnético
Níveis de energia em um
campo magnético
•
A energia potencial E de um núcleo nestas 2
orientações é dada por:
E = −
γ m h
2Π
x B0
Níveis de energia em um
campo magnético
•
A energia do estado de menor energia (m = + ½) será:
E=−
γh
4Π
× B0
Níveis de energia em um
campo magnético
•
A energia do estado de maior energia (m = - ½) será:
E=
γh
4Π
× B0
Níveis de energia em um
campo magnético
•
A diferença de energia entre esses dois estados será:
∆E =
γ h
2Π
x B0
Equação Fundamental da RMN
Relaciona a freqüência (radiofreqüência) aplicada (ν1)
necessária para provocar transição entre os estados
de energia e a intensidade do Campo Magnético:
ν1 =
γ
2Π
B0
Descrição Clássica da Teoria
de RMN
Relação básica da RMN:
ν L = ν i=
γ
2Π
x B0
Descrição Clássica da Teoria
de RMN
•
Para entender o processo de absorção é necessária
uma visão CLÁSSICA do comportamento de uma
partícula carregada em um campo magnético.
•
Movimento de precessão do núcleo ao redor do eixo z
do campo magnético B0
Onda Contínua (CW)
Movimento de precessão
Introdução da Radiofreqüência
-
Onda Contínua
- Pulsada
ONDA CONTÍNUA: introdução de um campo
magnético B1 perpendicular ao campo
magnético B0.
B1 tem freqüência igual a Freqüência de Larmor.
Introdução da Radiofreqüência
ONDA PULSADA: aplicação de um pulso curto e
potente de radiofreqüência para produção da
freqüência necessária para gerar o campo
magnético desejado.
Instrumentos
•
1953: Primeiro Instrumento Comercial
•
Atual: 4º Geração de Instrumentos
-
Instrumento com Transformada de Fourier:
-
-
Melhoria na homogeneidade e estabilidade do
campo;
Automatização dos controles.
Esquema de Instrumentos de
Espectroscopia de RMN
Esquema do Ímã
Supercondutor
De: Vaso Dewar externo; Di: Vaso dewar interno;V: Vácuo (10-2 mBar);
Foto de um ímã supercondutor
de 900 MHz
Amostras
-
Solução de 2 a 15% da amostra;
-
Solventes usados:
- Clorofórmio deuterado (CDCl3)
- benzeno deuterado (C6D6)
Deslocamento Químico
-
Blindagem dos núcleos: núcleo mais blindado requer
intensidade de campo magnético maior.
Tipos de Espectro
-
Composto Referência: TMS
Tipos de Espectro
-
Picos
Exemplos de Espectros
-
PROPANOL
Exemplos de Espectros
-
BROMO – METANOATO DE ISOPROPILA
Exemplos de Espectros
-
ÁCIDO PARA TOLUIL – ACÉTICO
Aplicações
-
Identificação de Compostos
-
Aplicação da RMN à Análise Quantitativa
-
Análise de Misturas Multicomponentes
-
Análise Quantitativa de Grupos Funcionais Orgânicos
-
Análise Elementar
Imageamento