Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear - RMN (Vídeo 1: Fundamentos da técnica)

o Olá meu nome é Patrícia e nessa série de vídeos que falaremos sobre a técnica de ressonância magnética nuclear nesse primeiro vídeo falaremos resumidamente sobre os fundamentos da técnica a técnica de rmn É talvez a técnica mais poderosa para se obter informações estruturais sobre compostos orgânicos essa técnica envolve a interação entre a radiação eletromagnética e o núcleo do átomo e a espectroscopia de ressonância magnética nuclear está entre as ferramentas mais utilizadas em química na atualidade sua principal aplicação direta é a determinação do esqueleto carbono e hidrogênio de uma molécula essa técnica é utilizada em análise

química para realizar desde elucidações mais simples Até a elucidação de estruturas complexas como as contidas em biomoléculas podemos através de rmn e também realizaram mapeamento da distribuição eletrônica em moléculas estudar a cinética das transformações químicas Além disso ela pode ser aplicada para gerar imagens de órgãos internos do corpo humano de maneira não destrutiva e aliás cabe aqui ressaltar que essa é uma técnica de análise não destrutiva amostra pode ser recuperada e utilizada novamente para iniciarmos o entendimento dessa técnica devemos falar dos fenômenos associados ao núcleo de um ato e a principal propriedade nuclear que estamos

interessados para entender rmn é o espinho nuclear que é representado pela letra e sim o núcleo de um átomo também possui spin e não somente os alunos o spin para um núcleo é uma propriedade intrínseca para cada isótopo e cada elemento e é expresso como múltiplos de 12 através do número de prótons e nêutrons podemos verificar que separar dado núcleo o número de prótons e nêutrons for par o Spin = 0 E se o número de prótons e nêutrons for limpar o Spin é igual a um número inteiro É sim o número de prótons for

parar e o número de nêutrons for ímpar o Spin é fracionário o mesmo ocorre para o número de prótons ímpar e de nêutrons Fábio bom então basicamente se o número de prótons ou o número de nêutrons for ímpar ou os dois e é maior do que zero exemplos de alguns números de extinção nitrogênio-14 que possui sete prótons e sete nêutrons e possui e igual a 1 o boro 10 com cinco prótons e cinco neutros e = 3 hidrogênio um com um próton 10 nêutrons e igual a um meio carbono 13 com 6 prótons e sete

nêutrons e igual ao meio já o outro isótopo do carbono o carbono 12 mais abundante tem 6 prótons 6 nêutrons e igual a zero e o número aí é uma constante física e existem dois e mais um estados de Springs permitidos e esses estados variam de mais ir à menos o átomo de hidrogênio um por exemplo tem e igual a um meio e assim possui dois estados de espinho permitidos menos um meio e mais um olho já para o cloro-35 que tem igual A3 - A4 estados de experiência permitidos menos três meses menos um meio

mais um meio e mais três meses e os núcleos que possuem e maior tu quiser possuem Um Momento Angular P cuja direção é o eixo de giro o Momento Angular é quantizado e pode somente assumir o valor dado pela equação mostrada cabe ressaltar Ainda que para os elétrons se faz Clara a distinção entre espinho eletrônico e Momento Angular orbital e eles são combinados para levar ao Momento Angular Total mas para núcleos o comum é eles agirem como uma entidade única com Momento Angular entre si por isso é muito comum chamarmos de Momento Angular spin e

representarmos como ir o outro ponto a ser observado é que para núcleos com i.a. igual a zero Não há momento pagnet qo nuclear mas para núcleos com e maior do que zero existe momento magnético resultante isso é importante para um núcleo poder ser analisado por rmn podemos dizer que quando ele é maior do que zero o núcleo se comporta como Lima ou seja ele é afetado por um campo magnético externo e não só isso o momento magnético nuclear dado por mim é proporcional ao espinho nuclear e o momento magnético associado ao Spin nuclear é muito

menor do que aquele para os eletros Gama é a razão magnetogírica que é a razão entre o momento magnético e o Momento Angular podemos reescrever ficando com a seguinte equação a razão magnetogírica ela é característica de cada núcleo e faz com que possamos observar cada tipo de núcleo separadamente em um experimento de rmn falaremos mais dela daqui a pouco e os spins nucleares na ausência de um campo magnético externo ao qual vamos chamar db0 ficam organizados assim aleatoriamente quando se aplica um campo magnético externo aqueles núcleos que possui um momento magnético se alinham a favor

ou contra o campo aplicado como custa energia ficar o oposto ao campo menos no cruz ficaram assim dessa maneira o momento magnético Total tem essa cara e além de se alinhar quando o campo magnético aplicado o núcleo começa a mudar de direção sobre o próprio eixo de rotação em um movimento chamado de precessão com uma frequência angular w chamada de frequencia de larmor o eixo de proteção é paralelo ao campo magnético aplicado EA frequência com que o núcleo muda de direção é proporcional à esse campo esse movimento de precessão é similar ao movimento de um

pião de brinquedo e como conforme comentado mais núcleos se alinham a favor do campo aplicado a precisão de vários núcleos teria essa cara Por isso para um conjunto de núcleos em movimento de precessão a magnetização resultante om0 está na direção de B 0 mas Voltando a falar do Spin e do momento magnético na ausência de um campo magnético aplicado todos os estados de espinho tem energia equivalente ou seja são degenerados sendo assim em uma coleção de átomos mais ou menos o mesmo número de átomos ter a cada um dos Espinhos permitidos no entanto os estados

de spin não serão equivalentes se um campo magnético for aplicado pois o núcleo é uma partícula carregada e qualquer carga em movimento gera um campo magnético próprio em campo local núcleos como Spin maior que zero possuem um momento magnético conforme já comentado gerado por sua carga se olhamos como exemplo o núcleo de um átomo de hidrogênio ele pode ter Spin horário ou mais um meio ou anti-horário ou menos um meio Oi e o Momento Angular para cada um desses casos aponta para direções Opostas sem Campo aplicado esses estados tem aproximadamente a mesma energia da presença

de um campo aplicado os núcleos estarão alinhados ao campo ou opostos a esse no caso do hidrogênio pois ele possui só dois estados de espírito aquela orientação a favor do campo ou seja mais um meio possui menor energia do que a outra e a maioria dos núcleos fica no estado do Spin de menor energia a diferença de energia entre os estados de espinho depende do campo magnético aplicado do maior quanto maior é o campo a diferença do número de núcleos em cada estado de spin também tem relação com o campo magnético aplicado é por causa

do cloro há quatro níveis de energia como observado na figura o estado de espinho mais três meio possui os núcleos alinhado ao campo e o menos três meio os núcleos estão opostos a ele os estados de SP e mais um mês e menos um meio sem orientações intermediárias e energia intermediárias também nessa figura podemos ver com maior clareza as orientações de um estado em relação ao outro e o fenômeno de ressonância magnética nuclear ocorre quando os núcleos alinhados a um campo aplicados são induzidos a absorver energia e ia mudar de orientação de spin em relação

ao campo aplicado o estado de menor energia chamado do estado do espinhal e o outro chamado de estado de espinho peta absorção é um processo cotizado e energia absorvida deve ser igual a diferença de energia entre os dois estados na prática essa diferença de energia é uma função da intensidade do campo magnético aplicado ob0 ou seja quanto mais forte o complicado maior a diferença entre os estados de spins possíveis a magnitude da Separação também depende do núcleo envolvido cada núcleo tem uma diferente razão entre o momento magnético e o Momento Angular uma vez que cada

um tem carga massa diferente essa razão é a razão Magneto girica da com o Fox núcleos com valores de constante magnetogírica maiores requerem maior valor de Delta e para passar do estado fundamental para o citado mais facilmente detectado e se usarmos a razão Magneto jica para determinado núcleo e soubemos o campo aplicado podemos saber a frequência absorvida para cada núcleo ou seja cada núcleo pode gerar um espectro separado como moléculas orgânicas possuem cadeias hidrocarbônicas ou seja contendo hidrogênio e carbono Esses são os dois principais núcleos de investigação para a mmm Lembrando que para rmn de

hidrogênio observa-se o hidrogênio um e para rmn de carbono o carbono 13 no caso do hidrogénio observa-se o isótopo mais abundante no caso do carbono não o carbono-12 mais abundante tem espinho igual a zero e não pode ser observado e agora vejamos Como funciona o sistema como um todo levando em consideração o estado de spin e a frequência de prestação ou o núcleo tem carga a procissão gera um campo elétrico oscilatório uma radiação incidente chamada de pulso de radiofrequência é introduzida a 90 graus do eixo de precisão nesse desenho o pulso é dado no eixo

X se ondas de radiofrequência de mesma frequência foram fornecidas ao núcleo pressionando pode ocorrer absorção de energia ou seja os campos se a cobram e será possível transferir energia outro nesse caso é que ocorre mudança de spin essa situação é chamada de ressonância o núcleo entre ressonância com a onda eletromagnética incidente o núcleo Então muda o eixo de pressão para XY como pulso isso um por um momento infinitesimal após a sua aplicação ocorre o fenômeno de relaxação do lucro onde os núcleos Retornam ao estado normal isso acontece para todos os núcleos do mesmo exato então

a magnetização resultante muda de eixo pois os isótopos estão se movendo em outro eixo quando pulsos essa E conforme os núcleos vão relaxando ou seja retornando ao movimento anterior a magnetização resultante vai voltando ao normal o vetor da magnetização oscilante induz uma corrente elétrica que é detectada por uma bobina o sinal é amplificado e detectado diminui com o realinhamento da magnetização resultante esse sinal é o Fit ou free education the key e é a função do tempo ele é acumulado ao longo de ciclos de pulso e relaxar entre e essa forma de sinal é muito

pouco expressiva informando praticamente nada sobre a estrutura do composto É nesse ponto que se utiliza a transformada de fourier para transformar o feed em um sinal em função da frequência E conforme comentado o feed acumulado ao longo do tempo em sequências de pulsos e relações como os dados são gravados muito rapidamente esse processo pode ser repetido inúmeras vezes adicionando os dados de feed o que ficou gravado no computador desta maneira a intensidade de determinar o sinal aumenta proporcionalmente ao número de repetições de pulsos e relaxações já o ruído não aumenta tanto dessa forma repetições causam

uma maior sensibilidade e definição dos sinais e somente com uma população maior no estado de spin de menor energia é que é possível observar o fenômeno de ressonância caso contrário ou seja se as populações fossem iguais não haveria magnetização resultante quando as populações se tornam iguais dizemos que houve uma saturação e nem um sinal é observado esse conceito será importante em outros vídeos dessa série como a diferença de energia entre os Estados é proporcional ao campo aplicado o sinal é melhor quando Campos mais fortes são aplicados o excesso de população do estado Alfa pode ser

calculado usando as equações de distribuição de bolsas ir para Campos magnéticos mais fracos a frequência de ressonância baixa e é um pequeno excesso de população somente esse dente mesmo pequeno de núcleos no Estado de Espírito mais baixo é importante assim também percebe-se que em instrumentação de rmn é bem sensível para detectar um sinal de se operando em frequências mais altas a diferença de energia entre os Estados aumentar a isso causará um aumento do excesso populacional e sugere uma maior sensibilidade de sinal ou seja um sinal maior equipamentos modernos operam pelo menos em 200 mega-hertz Antes

disso era muito difícil observar sinais de isótopos menos abundantes como o carbono 3i e como a frequência de operação é proporcional ao campo magnético aplicado equipamentos mais sensíveis possui um campo magnético forte e só aumenta o tamanho do equipamento podendo chegar a tamanhos bastante impressionantes esse último é um equipamento que opera em 900 vaga Hertz para o átomo de hidrogênio e após o curso de rádio frequência conforme já comentado o sistema precisa rebaixar até a condição de Equilíbrio a relação pode ser caracterizada por um tempo ter e com tem duas componentes T1 em vermelho na

animação que a relaxação spin-lattice ou longitudinal Ou seja a recuperação da magnetização longitudinal onde ocorre a transferência de energia para o solvente com decaimento exponencial e resulta em um pequeno aumento da temperatura da amostra it2 em amarelo na animação que a relaxação Spin Spin ou transversal ou seja o decaimento transverso da magnetização como os espinhos se movem juntos o seu campo magnético interage uma interação spin-spin modificando um pouco a velocidade da prestação essas interações são temporárias e randômicas Então relaxa o espinho espinho causa uma perda cumulativa de fase resultando em um decaimento transverso o de

dois é sempre menor ou igual a ter um nunca maior e em termos práticos T2 definir a largura do sinal do espectro bem Espero que esse vídeo tenha ajudado você a entender como se processa a técnica de ressonância nos próximos vídeos dessa série falaremos de questões mais relacionadas a caracterização e bons estudos