Una introducción a la espectroscopia de RMN

Aimee O'Driscoll, Licenciada en Ciencias y MBA, tiene una década de experiencia como química del desarrollo y es una escritora científica experimentada. Puede comunicarse con ella en [email protected].

La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) permite a los científicos estudiar la estructura, las propiedades y la dinámica de las moléculas midiendo la respuesta de los núcleos a un campo magnético. No es invasivo y se utiliza ampliamente en diversas áreas, incluidas la médica, farmacéutica, alimentaria, medioambiental y energética. Esta técnica analítica versátil está avanzando rápidamente y su eficacia a menudo mejora al combinarla con varios métodos de cromatografía.

La espectroscopia de RMN se basa en el descubrimiento de que ciertos núcleos atómicos se comportan como pequeños imanes como resultado del giro nuclear. Cuando se colocan en un campo magnético aplicado, estos núcleos se alinean paralelos o antiparalelos al campo. La energía necesaria para cambiar esta alineación es proporcional a la fuerza del campo magnético.

Un espectrómetro de RMN consta de tres partes principales: un imán, un transmisor de radiofrecuencia (RF) y un receptor de RF. Se coloca una muestra en un tubo o sonda y se inserta en el imán. El imán produce un campo magnético uniforme y estable, que hace que los núcleos de la muestra se alineen en una dirección específica. El transmisor de RF genera un pulso que excita los núcleos y cambia su alineación. Mientras regresan a su alineación original, los núcleos emiten radiación electromagnética, que es detectada por el receptor de RF y convertida en un espectro de RMN.

El espectro de RMN traza la intensidad de la señal con respecto a la frecuencia de RF. La diferencia entre la frecuencia de RF correspondiente a un pico y la frecuencia de referencia se conoce como desplazamiento químico. Cada pico corresponde a un núcleo particular, y el desplazamiento químico permite la identificación del núcleo y su entorno químico, por ejemplo, los tipos de enlaces en los que participa o el disolvente que lo rodea.

La espectroscopia de RMN también revela información sobre la dinámica de un compuesto, como la movilidad de los átomos constituyentes y las velocidades de las reacciones químicas. Estos hallazgos requieren técnicas como mediciones de relajación (determinar la velocidad a la que los núcleos se relajan para volver a su alineación original) o estudiar el efecto Overhauser nuclear, que implica medir la interacción entre diferentes núcleos.

La espectroscopia de RMN tiene una amplia gama de aplicaciones. Los usos comunes incluyen determinar la estructura de fármacos, proteínas, ácidos nucleicos y otras moléculas y estudiar la dinámica de reacciones químicas. Y como la espectroscopia de RMN proporciona información sobre el entorno químico de un átomo, es útil para estudiar procesos catalíticos. Esta técnica también sirve como base para la resonancia magnética (MRI), una herramienta de diagnóstico ampliamente utilizada. Mientras tanto, los científicos de materiales utilizan la espectroscopia de RMN para investigar las propiedades y estructuras de polímeros, cerámicas y más.

Como ocurre con todas las técnicas, la espectroscopia de RMN tiene sus limitaciones. Principalmente, se limita a medir núcleos con un número impar de protones o neutrones, aunque las muestras pueden enriquecerse con isótopos detectables, como el carbono-13 y el nitrógeno-15. Además, la espectroscopia de RMN tiene una sensibilidad relativamente baja y los experimentos pueden resultar costosos y llevar mucho tiempo.

Entonces, ¿cuáles son algunas de las ventajas clave de utilizar esta técnica analítica sobre otras? La espectroscopia de RMN puede proporcionar datos cualitativos y cuantitativos en una sola ejecución. Es más, esta técnica no es destructiva, puede manejar una variedad de tipos de muestras y requiere una preparación mínima de la muestra. También es altamente reproducible y ofrece la oportunidad de un alto nivel de automatización. En general, se trata de una técnica poderosa que proporciona conocimientos fundamentales en muchos campos.