espectroscopia de ressonancia magnÉtica nuclear · 2020-01-06 · teoria da rmn •a condição...
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ESPECTROSCOPIA DE ESPECTROSCOPIA DE RESSONANCIA MAGNRESSONANCIA MAGNÉÉTICA TICA
NUCLEARNUCLEAR
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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.
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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.
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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).
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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.
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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)
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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
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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
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Níveis de energia em um campo magnético
• A energia potencial E de um núcleo nestas 2 orientações é dada por:
02BxhmE
Π−=γ
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Níveis de energia em um campo magnético
• A energia do estado de menor energia (m = + ½) será:
04BhE ×
Π−=γ
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Níveis de energia em um campo magnético
• A energia do estado de maior energia (m = - ½) será:
04BhE ×
Π=γ
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Níveis de energia em um campo magnético
• A diferença de energia entre esses dois estados será:
02BxhE
Π=∆γ
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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
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Descrição Clássica da Teoria de RMN
Relação básica da RMN:
02BxiL Π
==γνν
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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
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Onda Contínua (CW)Movimento de precessão
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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.
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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.
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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.
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Esquema de Instrumentos de Espectroscopia de RMN
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Esquema do Ímã Supercondutor
De: Vaso Dewar externo; Di: Vaso dewar interno;V: Vácuo (10-2 mBar);
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Foto de um ímã supercondutor de 900 MHz
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Amostras
- Solução de 2 a 15% da amostra;
- Solventes usados: - Clorofórmio deuterado (CDCl3)- benzeno deuterado (C6D6)
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Deslocamento Químico
- Blindagem dos núcleos: núcleo mais blindado requer intensidade de campo magnético maior.
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Tipos de Espectro
- Composto Referência: TMS
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Tipos de Espectro
- Picos
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Exemplos de Espectros
- PROPANOL
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Exemplos de Espectros
- BROMO – METANOATO DE ISOPROPILA
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Exemplos de Espectros
- ÁCIDO PARA TOLUIL – ACÉTICO
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Aplicações
- Identificação de Compostos
- Aplicação da RMN à Análise Quantitativa
- Análise de Misturas Multicomponentes
- Análise Quantitativa de Grupos Funcionais Orgânicos
- Análise Elementar
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Imageamento