¿Qué es un Equipo de Resonancia Magnética Nuclear?
El equipo de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) constituye una herramienta de gran utilidad en la determinación de la estructura de compuestos que se someten a análisis. Este dispositivo opera al revelar el entorno químico de los átomos presentes en el compuesto, brindando información sobre los elementos presentes y sus estados de enlace.
Los resultados generados a través del espectrómetro de Resonancia Magnética Nuclear se representan en un gráfico donde el eje horizontal refleja el desplazamiento químico, es decir, la variación de frecuencia entre la señal de RMN de la sustancia bajo estudio y una sustancia de referencia. Por su parte, el eje vertical representa la intensidad de la señal.
Al especificar las especies elementales que están siendo evaluadas durante la medición, es posible adquirir información detallada para cada uno de los elementos, incluso en el caso de compuestos con estructuras altamente complejas. Adicionalmente, este equipo permite analizar una amplia variedad de muestras, abarcando líquidos, sólidos y sustancias gelatinosas por igual.
A diferencia de otros dispositivos utilizados en el análisis estructural, como los espectrofotómetros Raman o los microscopios electrónicos, los equipos de Resonancia Magnética Nuclear destacan por la simplicidad y no destructividad de sus análisis. Su amplio uso se debe a su capacidad para proporcionar una visión estructural completa del compuesto en estudio, incluyendo información detallada acerca de las especies atómicas vecinas, en contraste con métodos que brindan información parcial.
Usos de los Equipos de Resonancia Magnética Nuclear
Los equipos de resonancia magnética nuclear no sólo se utilizan para el análisis de materiales, sino también en el ámbito clínico. Las aplicaciones típicas son las siguientes
1. Análisis de Materiales
La RMN es muy buena para analizar materiales orgánicos, como materiales resinosos, biomateriales y electrolitos de baterías. Es útil para el análisis estructural de materiales orgánicos y para analizar las causas de degradación de materiales degradados.
Por ejemplo, puede utilizarse para aclarar la estructura de sustancias obtenidas mediante síntesis química, extracción o purificación, o para determinar si la sustancia en cuestión es un componente de alto o bajo peso molecular. También puede utilizarse para determinar la pureza de una sustancia, identificar impurezas y realizar análisis cuantitativos por comparación con señales estándar en una base de datos.
2. Clínica
En la práctica clínica, la imagen por resonancia magnética (IRM) se basa en el mismo principio que la RMN: la IRM analiza y visualiza la distribución espacial del agua en el cuerpo y proporciona así una imagen precisa del estado de los tejidos corporales.
La resonancia magnética tiene un aspecto similar a la tomografía computarizada, pero no utiliza rayos X como ésta, por lo que no hay riesgo de exposición a la radiación. Además, tiene una alta resolución y puede detectar cambios que no se ven con el TAC.
Principios de los Equipos de Resonancia Magnética Nuclear
1. Momento Magnético Nuclear de un átomo
El núcleo atómico tiene carga positiva y gira sobre su propio eje. Esta rotación genera un campo magnético, por lo que cada átomo puede considerarse un pequeño imán. La magnitud de este campo magnético se expresa como una cantidad vectorial denominada momento magnético nuclear.
2. Fenómenos de Fisión Zeeman y de Resonancia
Cuando el compuesto sometido a prueba se somete a un campo magnético intenso, los núcleos de los átomos pasan a un estado excitado. En el estado excitado, el núcleo se divide en dos unidades de energía. Este fenómeno se denomina división Zeeman.
Cuando se aplica al núcleo una onda electromagnética igual a la diferencia de energía entre los dos niveles, se produce la resonancia con los átomos en un entorno determinado. La resonancia se refiere aquí a la excitación de un momento magnético nuclear de un nivel inferior a un nivel superior. El entorno del átomo objetivo puede identificarse observando qué frecuencia de radiación electromagnética provoca la resonancia.
En la división Zeeman, se pueden observar átomos con diferentes números de núcleos que constituyen cada nivel de energía. En cambio, los átomos con número másico y número atómico pares (número cuántico de espín 0), como el 12C y el 16O, no pueden analizarse porque no tienen momento magnético nuclear.
3. Desplazamiento Químico
Las frecuencias de resonancia cambian ligeramente para un mismo núcleo en función del entorno. La magnitud de este cambio se denomina desplazamiento químico y se expresa en unidades de ppm como cuánto ha cambiado respecto a la frecuencia de resonancia del material de referencia.
Más Información sobre los Equipos de Resonancia Magnética Nuclear
Aspectos a Tener en Cuenta sobre los Equipos de Resonancia Magnética Nuclear
Los equipos de resonancia magnética nuclear generan constantemente un fuerte campo magnético que atrae los objetos metálicos circundantes. También existe el riesgo de dañar marcapasos cardíacos, tarjetas de crédito y teléfonos inteligentes.
Los imanes que generan el campo magnético se calientan y, por tanto, se enfrían con gas criogénico licuado (helio líquido). Si, por ejemplo, un terremoto hace que el calor del campo magnético se escape y el gas licuado se vaporice de golpe, el espacio se vuelve asfixiante y debe gestionarse adecuadamente.