ESPECTROSCOPIA DE RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR

RMN: Se basa en la medida de la absorción de la radiación electromagnética en la región de las radiofrecuencias aproximadamente de 4 a 900 MHz.La espectroscopia de RMN es una de las principales técnicas empleadas para obtener información física, química, electrónica y estructural sobre moléculas. Es una poderosa serie de metodologías que proveen información sobre la topología, dinámica yestructura tridimensional de moléculas ensolución y en estado sólido.

Tipos de RMN

• espectrómetro de rmn con onda continua:Consiste en mantener constante el campo magnético

e ir haciendo un barrido de frecuencias con un campo oscilante, o bien, mantener constante la frecuencia del campo oscilante, e ir variando la intensidad del campo magnético para encontrar las transiciones (picos del espectro). En la RMN de CW las señales del espectro se registran como señales en resonancia.

RMN Multidimensional

Secuencia de pulsos:Número de pulsos de RFTiempos de espera (sistema evolucione )Gradientes de campo magnético

La secuencia de pulsos debe constar de al menos dos pulsos y éstos deben separados por un periodo de espera

incrementable.

Espectrómetro RMN deImpulsos o Transformada de Fourier (FT/RMN)

• En este tipo de instrumentos, la muestras e irradia con impulsos periódicos de energía RF que atraviesan la muestra perpendicularmente al campo magnético.

• Se requiere de: ordenadores capaces de llevar a cabo las operaciones matemáticas necesarias para pasar desde el dominio de tiempo al de la frecuencia y conocimiento sobre cómo poder excitar simultáneamente todo un rango de frecuencias.

La señal que se detecta FID es una señal u onda oscilante, contiene todas las señales del espectro en una forma que es dependiente del tiempo y decae hasta hacerse cero.Esta onda puede convertirse en un espectro de señales en función de su frecuencia. Para ello se utiliza la Transformada de Fourier. El resultado es lo que se conoce como un espectro de RMN (espectro de frecuencias).

FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR

• La resonancia magnética (RMN) es un fenómeno físico por el cual ciertas partículas como los electrones y los núcleos atómicos con un número impar de protones (Z) y/o de neutrones (N) pueden absorber selectivamente energía electromagnética de radiofrecuencia, con estas propiedades se obtendrán imágenes de RMN principalmente se usan los átomos de hidrógeno, para posteriormente emitirlas. Este proceso es lo que se denomina RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR.

Los electrones tienen dos componentes angulares:

• ORBITAL• Movimiento alrededor del núcleo.

• SPIN• Giro sobre si mismo.

La carga positiva del protón es una carga eléctrica en movimiento, la cual genera una corriente eléctrica, por lo tanto produce un campo magnético propio.El protón es considerado como un pequeño imán.

• Cuando colocamos los protones en un campo magnético externo potente y uniforme, al ser pequeños imanes, se alinean en dicho campo.

La alineación se hace de dos formas: paralelo y anti paralelos

Los protones al estar alineados con las líneas del campo magnético se mueven alrededor de él, este movimiento se llama: PRECESIÓN.

Los núcleos que poseen movimiento de precesión pueden absorber energía cuando son expuestos a impulsos de onda de radiofrecuencia (RF), si estas tienen las misma frecuencia que la precesión nuclear: RESONANCIA.

Cuando desaparecen las ondas RF, los núcleos excitados se relajan, es decir liberan el exceso de energía que han absorbido en forma de una onda de RF .

Esta onda de radio que es transmitida por los núcleos constituye la señal de la RM

Para poder obtener la imagen el cuerpo se divide

en pequeños cubos del menor tamaño posible llamado VÓXEL

La intensidad de la imagen

depende de la energía emitida por los protones

durante la relajación.

CAMPO MAGNÉTICO RADIO FRECUENCIA

NÚCLEOS DE HIDRÓGENO

Liberación de Energía: RELAJACIÓN

SEÑAL DE RELAJACIÓN

IMAGEN RMN

Absorción de Energía: RESONANCIA

PRINCIPALES COMPONENTES DE UN ESPECTROMETRO

• 1.- Un IMÁN ESTABLE, con un controlador que produce un campo

magnético estable de fuerza Bo.

• 2.- Un TRANSMISOR DE RADIOFRECUENCIAS, capaz de emitir frecuencias precisas.

• 3.- Un RECEPTOR muy sensible capaz de detectar señales débiles producidas por el núcleo en resonancia.

• 4.- Un ORDENADOR para controlar los pulsos de frecuencia y para

almacenar datos.

• 5.- Un APARATO DE IMPRESIÓN de los datos.

Componentes de los espectrómetros de transformación de Fourier

Imanes

• Uno de los componentes mas importantes de este espectroscopio de RMN

• La sensibilidad y la resolución depende críticamente de la intensidad y calidad de los imanes.

• Anteriormente se utilizaban imanes permanentes y electroimanes pero han sido sustituidos por imanes superconductores.

Sonda de Muestra

• Posee diferentes funciones:• Mantiene la muestra en una posición fija en el

campo magnético• Contiene una turbina de aire para rotar la

muestra.• Aloja la bobina o las bobinas que permiten la

excitación y la detección de la señal RMN

APLICACIÓN EN LA química

• APLICACIONES DE LA RMN DE PROTÓN • Identificación de Compuestos:• Un espectro de RMN, pocas veces basta por si mismo para la

identificación de un compuesto orgánico. Sin embargo si se utiliza con otras informaciones se convierte en una herramienta indispensable para identificar compuestos puros.

• Aplicaciones de la RMN al análisis• cuantitativo:Este tipo de aplicación no se ha generalizado por el coste de los

instrumentos. Además, la probabilidad de que los picos de resonancia se superpongan se hace mayor al aumentar la complejidad de la muestra.

RMN del Carbono-13

• La RMN del C-13 se estudió por primera vez en 1957, pero se utilizó hasta pasados los setenta debido al retraso del desarrollo de instrumentos.

• Entre las ventajas y características podemos encontrar:• Proporciona información acerca del esqueleto de las

moléculas.• Menor solapamiento de picos en los espectros

A muestras sólidas

• Se rotan muestras sólidas a una frecuencia superior a 2kHz, con esto el sólido se comporta como un líquido. Tras cada impulso de excitación debe transcurrir un tiempo suficiente para que los núcleos vuelvan al estado fundamental de equilibrio.

• Espectros del 13C deladamantano cristalizado.

RMN de otros núcleos

• Entre los núcleos de Isótopos más estudiados se encuentran: 31P, 15N, 19F, 2D, 11B, 23Na, 29Si, 109Ag, 199Hg, 113Cd y 207Pb.

• Espectros de RMN de fósforo-31 de transformada de Fourier para una disolución de ATP.

Ensayos no destructivos

• Resonancia magnética nuclear es extremadamente útil para el análisis de muestras de forma no destructiva. Las ondas de radio y campos magnéticos estáticos penetran fácilmente en muchos tipos de materia y todo lo que no es de por sí ferromagnético. Por ejemplo, diversas muestras biológicas caros, como los ácidos nucleicos, incluyendo el ARN y el ADN o las proteínas, pueden ser estudiados mediante resonancia magnética nuclear durante semanas o meses antes de experimentos bioquímicos destructivas. Esto también hace que la resonancia magnética nuclear de una buena elección para el análisis de muestras peligrosas

La adquisición de datos en la industria del petróleo

• Otro uso para la resonancia magnética nuclear es la adquisición de datos en la industria del petróleo para la exploración de petróleo y gas natural y la recuperación. Un pozo se perfora en roca y estratos sedimentarios en la que se baja el registro de equipo de resonancia magnética nuclear. Análisis de resonancia magnética nuclear de estos pozos se utiliza para medir la porosidad de la roca, la permeabilidad de estimación de la distribución de tamaño de poro e identificar fluidos de los poros. Estos instrumentos son típicamente bajas espectrómetros de RMN de campo.

Verificación de grado de pureza de materia prima

Análisis de drogas y fármacos

Control de calidad de productos químicos

Identificación de sustancias desconocidas

Análisis de polímeros

APLICACIÓN EN LA MEDICINA

• En medicina, la resonancia magnética nuclear es una técnica de obtención de imágenes internas del organismo imagen basada en el fenómeno físico de la resonancia . Estas imágenes se utilizan como fuente de información en numerosos diagnósticos.

• La resonancia magnética se utiliza para descartar problemas como tumores.

• Mayor información para acercar al cirujano, al problema que se está produciendo

• Aumentar las posibilidades de que una operación salga con éxito

• Proporciona imágenes mas claras de partes del cuerpo (ORGANISMOS) que no se pueden ver con tanta claridad con las radiografías, las tomografías computadas o las ecografías.

VENTAJAS

• RMN permite penetrar hasta en el interior del hueso.

• Ioniza las moléculas del cuerpo que son sometidas a este método evita cualquier prejuicio.

• Permite hacer cortes del cuerpo humano, en cualquier plano.

• Se pueden realizar recomposiciones en 3D de las diferentes partes afectadas.

• Para realizar el proceso se coloca a la persona dentro de una máquina que es un tubo, que es el escáner, y se debe de permanecer quieto mientras se desarrolla el análisis, pues el movimiento puede afectar seriamente las imágenes obtenidas.

• La RMN no presenta ningún riesgo, no produce dolor y solo si se necesita inyectar alguna sustancia contrastante, como el gadolino, se puede presentar alguna reacción alérgica.

• Que no exista algún elemento metálico tales como : Marcapasos Dispositivos implantados Grapas o clavos metálicos. Prótesis metálicas Joyas o broches de metal

FUNCIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS DE RMI

• VENTAJASNo utiliza radiaciones ionizantes.Amplia versatilidad para el manejo del contraste.• DESVENTAJASCosto muy elevado de las instalaciones de la RMI.Largo tiempo de exploración.• Los fabricantes de equipos de RMNLos principales fabricantes de instrumentos de RMN incluyen

Oxford Instruments, Bruker, Spinlock SRL, General Electric, JEOL, Kimble Chase, Philips, Siemens AG, Varian, Inc. y Agilent Technologies, Inc..