La espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear o RMN, como generalmente se denomina, es la misma que una técnica médica de la que usted habrá oído hablar, Imágenes por Resonancia Magnética (IRM). El nombre fue cambiado para su uso en medicina, porque la palabra nuclear podría asustar a algunas personas. ¡A nadie le gustaría ser atacado por armas nucleares! Pero aquí no hay nada que temer. Para obtener su información, tanto la RMN como las IRM emplean ondas de radio inofensivas, no los rayos gamma que aniquilan. De hecho en el espectro electromagnético, las ondas de radio se encuentran en el otro extremo de los rayos gamma. Observe.

La RMN es una técnica de caracterización en la cual una muestra es colocada en un campo magnético y bombardeada con ondas de radio. Estas ondas de radio animan a los núcleos de la molécula a cantarnos una canción que sólo puede ser recibida en un receptor de radio especial. Pero al igual que la ópera, los núcleos cantan en un lenguaje que no podemos entender, por lo tanto necesitamos un decodificador. Este decodificador se llama algoritmo de la Transformada de Fourier. Se trata de una compleja ecuación que traduce el lenguaje de los núcleos en algo que sí podamos comprender. Si usted es curioso, aquí está el algoritmo.

Luego la canción de los núcleos es analizada para determinar muchas cosas distintas de la molécula y su entorno, como por ejemplo, la estructura de la molécula. Esto puede sonar algo confuso ahora, pero esta página debe al menos brindarle un conocimiento básico acerca de la técnica.

Para comprender cabalmente la espectroscopía de RMN, primero debemos reducirnos al tamaño subatómico y observar atentamente el núcleo. Le daré un instante para que se encoja de tamaño...

¿Ya se encogió? ¡Bien! Si no fuera más pequeño que la longitud de onda de la luz visible, vería que el núcleo está girando. Los científicos no obstante, no pueden llamarle "girar". Deben tratar de ser y sonar inteligentes y le dicen resonancia. Mientras los núcleos cargados positivamente giran, esta carga en movimiento crea un momento magnético. Puede imaginarlo como una barra magnética subatómica que gira. Cuando no existe un campo magnético, estos pequeños imanes se encuentran alineados al azar, pero cuando se los coloca dentro de un campo magnético homogéneo, los momentos magnéticos se alinean con el campo magnético. Aún cuando los momentos magnéticos sean alineados por el campo magnético, el giro nuclear no es tan sencillo ni monótono como el giro de una calesita. El movimiento térmico de la molécula crea un torque que hace que el momento magnético se "bambolee" como un trompo de juguete. Cuando las ondas de radio bombardean los núcleos que giran, éstos se inclinan aún más y a veces hasta se tumban. Cuando el momento magnético es desviado del campo magnético aplicado, algunos de estos momentos magnéticos son detectados en posición perpendicular (90 ^o) al campo magnético aplicado.

Núcleos diferentes resuenan a distintas frecuencias. Esto quiere decir que para hacerlo cambiar de posición, usted debe bombardear un átomo de carbono con una onda de radio de frecuencia diferente a la de un átomo de hidrógeno. También quiere decir que átomos similares en diferentes entornos, como por ejemplo un hidrógeno unido a un oxígeno y un hidrógeno unido a un carbono, cambian de posición a distintas frecuencias. Observando a qué frecuencia cambian de posición estos núcleos, puede determinarse cómo está compuesta la molécula, como así también otras interesantes propiedades de la misma.

Que dos átomos diferentes como el carbono y el hidrógeno resuenen a distintas frecuencias porque son diferentes, es entendible, pero ¿por qué dos átomos similares en distintos entornos resuenan a distintas frecuencias?

Es una muy buena pregunta. La respuesta es el apantallamiento. ¿Y qué es el apantallamiento? Bien, le diré. Los electrones que rodean los núcleos que giran, también están cargados y también giran, y si usted ha estado prestando atención, sabrá que una carga que gira crea un campo magnético, opuesto al campo magnético aplicado. Esto reduce la magnitud del campo magnético aplicado que llega a los núcleos. En otras palabras, los electrones "apantallan" los núcleos del campo magnético total. Debido a que la frecuencia de resonancia de los núcleos depende de la intensidad del campo magnético que éstos "sienten"... creo que tendrá más clara la idea.

Bien, ya sé lo que hace un espectrómetro de RMN, ¿pero cómo funciona?

Tenga paciencia. Ya estoy llegando a eso. Esa cosa que se parece a una gran nave espacial en la foto de la derecha es un espectrómetro de RMN. La mayor parte de la máquina es sólo un gran "enfriador" que contiene dos líquidos extremadamente fríos: helio líquido y nitrógeno líquido. ¿A qué temperatura? ¡El nitrógeno líquido está a -195^oC y el helio líquido a -269^oC! El helio líquido se encuentra en la parte más interna del "enfriador" para enfriar una bobina superconductora que crea el campo magnético a -269^oC y el nitrógeno líquido lo rodea para evitar que el helio se evapore demasiado rápido.

El agujero que se encuentra en la parte superior (donde señala Funda) es donde usted coloca su muestra dentro del espectrómetro. Cuando ésta se introduce dentro del aparato, un chorro de aire hace girar el tubo portamuestra para lograr una muestra más uniforme antes del análisis.

Cuando la muestra se encuentra disuelta, el solvente o parte del mismo debe ser deuterado. Esto significa que en la molécula del solvente, hay átomos de deuterio en lugar de hidrógenos. El hidrógeno posee un protón dentro de su núcleo, en tanto que el deuterio tiene un protón y un neutrón. Esto es necesario para "trabar" el RMN a una frecuencia específica, de modo que el espectro no se desplace durante la adquisición de datos.

Ahora que la muestra se encuentra dentro de un campo magnético, trabada y girando, podemos barrer el espectro. Primero, un generador de radiofrecuencia "pulsa" la muestra con una corta ráfaga de ondas de radio. Estas ondas son absorbidas y transmitidas desde la muestra hasta el receptor, que detecta la señal desde la muestra. Esta información es luego transmitida a la computadora adosada al RMN donde es traducida y analizada. Haga clic aquí para aprender más.

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