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May 24, 2023

Introducción a la espectroscopia de RMN

Aimee O'Driscoll, BSc, MBA, tiene una década de experiencia como química de desarrollo

Aimee O'Driscoll, BSc, MBA, tiene una década de experiencia como química de desarrollo y es una escritora científica experimentada. Puede comunicarse con ella en [email protected].

La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) permite a los científicos estudiar la estructura, las propiedades y la dinámica de las moléculas midiendo la respuesta de los núcleos a un campo magnético. No es invasivo y se usa ampliamente en una variedad de áreas, incluidas la médica, farmacéutica, alimentaria, ambiental y energética. Esta técnica analítica versátil está avanzando rápidamente y su efectividad a menudo se mejora al combinarla con varios métodos de cromatografía.

La espectroscopia de RMN se basa en el descubrimiento de que ciertos núcleos atómicos se comportan como pequeños imanes como resultado del giro nuclear. Cuando se colocan en un campo magnético aplicado, estos núcleos se alinean paralelos o antiparalelos al campo. La energía requerida para cambiar esta alineación es proporcional a la fuerza del campo magnético.

Un espectrómetro de RMN consta de tres partes principales: un imán, un transmisor de radiofrecuencia (RF) y un receptor de RF. Se coloca una muestra en un tubo o sonda y se inserta en el imán. El imán produce un campo magnético estable y uniforme que hace que los núcleos de la muestra se alineen en una dirección específica. El transmisor de RF genera un pulso que excita los núcleos y cambia su alineación. Mientras regresan a su alineación original, los núcleos emiten radiación electromagnética, que es detectada por el receptor de RF y convertida en un espectro de RMN.

El espectro de RMN traza la intensidad de la señal con respecto a la frecuencia de RF. La diferencia entre la frecuencia de RF correspondiente de un pico y la frecuencia de referencia se conoce como desplazamiento químico. Cada pico corresponde a un núcleo particular, y el cambio químico permite la identificación del núcleo y su entorno químico, por ejemplo, los tipos de enlaces en los que está involucrado o el solvente que lo rodea.

La espectroscopia de RMN también revela información sobre la dinámica de un compuesto, como la movilidad de los átomos constituyentes y las velocidades de las reacciones químicas. Estos hallazgos requieren técnicas como las medidas de relajación, que determinan la velocidad a la que los núcleos se relajan hasta volver a su alineación original, o el estudio del efecto Overhauser nuclear, que implica medir la interacción entre diferentes núcleos.

La espectroscopia de RMN tiene una amplia gama de aplicaciones. Los usos comunes incluyen la determinación de la estructura de fármacos, proteínas, ácidos nucleicos y otras moléculas y el estudio de la dinámica de las reacciones químicas. Y debido a que la espectroscopia de RMN proporciona información sobre el entorno químico de un átomo, es útil para estudiar procesos catalíticos. Esta técnica también sirve como base para la resonancia magnética nuclear (RMN), una herramienta de diagnóstico ampliamente utilizada. Mientras tanto, los científicos de materiales utilizan la espectroscopia de RMN para investigar las propiedades y estructuras de polímeros, cerámicas y más.

Como ocurre con todas las técnicas, la espectroscopia de RMN tiene sus limitaciones. Principalmente, se limita a medir núcleos con un número impar de protones o neutrones, aunque las muestras se pueden enriquecer con isótopos detectables, como el carbono-13 y el nitrógeno-15. Además, la espectroscopia de RMN tiene una sensibilidad relativamente baja y los experimentos pueden ser costosos y lentos.

Entonces, ¿cuáles son algunas de las ventajas clave de usar esta técnica analítica sobre otras? La espectroscopia de RMN puede proporcionar datos cualitativos y cuantitativos en una sola ejecución. Además, esta técnica no es destructiva, puede manejar una variedad de tipos de muestra y requiere una preparación mínima de la muestra. También es altamente reproducible y ofrece la oportunidad de un alto nivel de automatización. En general, esta es una técnica poderosa que proporciona información fundamental en muchos campos.