Resonancia magnética nuclear

Imagen del cerebro humano obtenida por resonancia magnética.
Imágenes de un corazón humano bombeando.

La resonancia magnética nuclear (RMN) es un fenómeno físico basado en las propiedades mecánico-cuánticas de los núcleos atómicos. RMN también se refiere a la familia de métodos científicos que exploran este fenómeno para estudiar moléculas (espectroscopia de RMN), macromoléculas (RMN biomolecular), así como tejidos y organismos completos ( imagen por resonancia magnética).

Todos los núcleos que poseen un número impar de protones o neutrones tienen un momento magnético y un momento angular intrínseco, en otras palabras, tienen un espín > 0. Los núcleos más comúnmente empleados en RMN son el protio ( 1H, el isótopo más sensible en RMN después del inestable tritio, 3H), el 13C y el 15N, aunque los isótopos de núcleos de muchos otros elementos ( 2H, 10B, 11B, 15N, 17O, 19F, 23Na, 29Si, 31P, 35Cl, 113Cd, 195Pt) son también utilizados.

La resonancia aprovecha que los núcleos atómicos (i. e. dentro de una molécula) resuenen a una frecuencia directamente proporcional a la fuerza de un campo magnético ejercido, de acuerdo con la ecuación de la frecuencia de precesión de Larmor. La literatura científica hasta el 2008 incluye espectros en un gran intervalo de campos magnéticos, desde 100 nT hasta 20 T. Los campos magnéticos mayores son a menudo preferidos puesto que correlacionan con un incremento en la sensibilidad de la señal aunque para la imagen por resonancia magnética en medicina se utilizan campos magnéticos que permitan utilizar radiación no ionizante. Existen muchos otros métodos para incrementar la señal observada. El incremento del campo magnético también se traduce en una mayor resolución espectral, cuyos detalles son descritos por el desplazamiento químico y el efecto Zeeman.

La RMN estudia los núcleos atómicos al alinearlos a un campo magnético constante para posteriormente perturbar este alineamiento con el uso de un campo magnético alterno, de orientación ortogonal. La resultante de esta perturbación es el fenómeno que explotan las distintas técnicas de RMN. El fenómeno de la RMN también se utiliza en la RMN de campo bajo, la RMN de campo terrestre y algunos tipos de magnetómetros.


Historia

Descubrimiento

La resonancia magnética nuclear fue descrita y medida en rayos moleculares por Isidor Rabí en 1938.[2]

Purcell había trabajado en el desarrollo del radar y sus aplicaciones durante la Segunda Guerra Mundial en el Laboratorio de Radiación del Instituto Tecnológico de Massachusetts. Su trabajo durante tal proyecto fue producir y detectar energía de radiofrecuencias, y sobre absorciones de tales energías de RF por la materia, precediendo a su codescubrimiento de la RMN.

Ellos se dieron cuenta de que los núcleos magnéticos, como 1H ( protio) y 31P, podían absorber energía de RF cuando eran colocados en un campo magnético de una potencia específica y así lograban identificar los núcleos. Cuando esa absorción ocurre, los núcleos se describen como estando en resonancia. Diferentes núcleos atómicos dentro de una molécula resuenan a diferentes frecuencias de radio para la misma fuerza de campo magnético. La observación de tales frecuencias resonantes magnéticas de los núcleos presentes en una molécula permite al usuario entrenado descubrir información esencial, química y estructural acerca de las moléculas.

El desarrollo de la resonancia magnética nuclear como técnica de química analítica y de bioquímica fue paralela con el desarrollo de la tecnología electromagnética y su introducción al uso civil.

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