ESPECTROSCOPIA DE ESPECTROSCOPIA DE RESSONANCIA MAGNRESSONANCIA MAGNÉÉTICA TICA

NUCLEARNUCLEAR

Histórico

1924: W. Pauli descreveu a base teórica da RMN;

1946: Bloch (Stanford) e Purcell (Harvard) demonstraram

a teoria de absorção de radiação eletromagnética de

radiofreqüência por núcleos;

1952: Bloch e Purcell recebem o Prêmio Nobel de Física.

Base da Espectroscopia de RMN

Medida da absorção de radiação eletromagnética na região de Radiofreqüência –rf – (4 a 900 MHz).

Os núcleos dos átomos estão envolvidos no processo de absorção.

Teoria da RMNNúcleos 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:

αα (+ 1/2)(+ 1/2)

ββ ((-- 1/2) 1/2)

Propriedades magnéticas de outros núcleos de spin 1/2

NúcleoRazão

GiromagnéticaAbundância Isotópica (%)

Freqüência de Absorção

(MHz)1H 2,6752 x 108 99,98 200

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

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:

02BxhmE

Π−=γ

Níveis de energia em um campo magnético

• A energia do estado de menor energia (m = + ½) será:

04BhE ×

Π−=γ

Níveis de energia em um campo magnético

• A energia do estado de maior energia (m = - ½) será:

04BhE ×

Π=γ

Níveis de energia em um campo magnético

• A diferença de energia entre esses dois estados será:

02BxhE

Π=∆γ

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:

01 2B

Π=

γν

Descrição Clássica da Teoria de RMN

Relação básica da RMN:

02BxiL Π

==γνν

Descrição Clássica da Teoria de RMN

• Para entender o processo de absorção é necessária uma visão CLCLÁÁSSICASSICA 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