Introducción a la RMN de protón

el núcleo de un átomo de hidrógeno es un protón y tiene una propiedad llamada spin podrías pensar en esto solo como una ayuda visual podrías pensar en este protón girando de esta manera un protón con spin es como una esfera de carga que rota y cada carga en movimiento crea un campo magnético por lo tanto podrías decir que un protón es un pequeño imán como un imán de barra o la aguja de una brújula aquí en la derecha analicemos la aguja de una brújula la cual tiene dos polos tenemos el polo norte el cual pondré en rojo aquí y el polo sur esa aguja también es como un pequeño imán de barra así que podríamos dibujar el campo magnético las líneas de campo magnético van del polo norte al sur podría incluir un campo magnético aquí va del norte al sur va del norte al sur a través de una línea de campo magnético también podemos pensar en el momento dipolar magnético de la aguja de la brújula y el momento dipolar magnético también es conocido como el momento magnético es un vector que apunta en la dirección del campo magnético del dipolo tenemos dos polos el polo norte y el polo sur y el momento magnético apuntará en esta dirección bien utilizando la misma idea podemos volver al protón y pensar en él como una aguja de brújula si está girando de esta manera tendrá un polo norte y un polo sur déjame continuar coloreando el polo norte de aquí el rojo podemos dibujar las líneas de campo magnético podemos dibujar las líneas de campo magnético yendo del polo norte al polo sur lo haré de este lado de esta manera también y por lo tanto podemos también dibujar el momento magnético del protón el momento magnético del protón apunta en la dirección del campo magnético del dipolo así es como debemos de pensar en un protón como un pequeño imán con un momento magnético volvamos a la idea de la aguja de brújula porque sabemos que la aguja de brújula si la pones dentro del campo magnético de la tierra la aguja de la brújula apuntará hacia el norte eso es lo que tengo aquí abajo el momento magnético la aguja de la brújula apuntará al norte de esta manera y sabemos que por lo supuesto se atraen así que si éste el polo norte de nuestro pequeño imán en barra de nuestra aguja de brújula éste debería ser el polo magnético sur estoy segura que algunos de ustedes saben que ese es el polo norte geográfico y en efecto es el polo norte geográfico pero si hablas de imanes es de hecho el polo magnético sur porque polos opuestos se atraen y este de aquí es el polo sur este debería de ser el polo magnético norte de la tierra esto es justo lo que pasa cuando pones una aguja de brújula en el campo magnético de la tierra y entonces si quieres hacer que la aguja de brújula apunte en la dirección opuesta aquí tengo la aguja del compás apuntando en esta dirección deberías de darle energía aquí está mi dedo tuve que rotar tuve que rotar la aguja de brújula tuve que agregar energía para hacer que la aguja apuntará en esta dirección y espero puedas ver esta pequeña marca que dejé en la mesa espero que puedas ver esto estoy de hecho moviendo esta aguja con mi dedo para darle energía esto hacer que la aguja apunte en esta dirección requiere más energía que este si la suelto si solo quito mi dedo la aguja de la brújula volverá a su posición automáticamente y apuntará en esta dirección otra vez así que este es el estado de menor energía y este es el estado de mayor energía porque tuve que darle energía para hacer que la aguja de la brújula apuntará hacia abajo y entonces así es como pensaremos en nuestro protón podríamos tener podríamos tener un protón y si tenemos un campo magnético externo déjame continuar identificando eso este de aquí estoy diciendo que es un campo magnético externo el que estamos aplicando déjame llamarlo v0 y si pones el protón en este campo magnético externo hay una interacción cuántica entre el momento magnético del protón y este campo magnético externo y el momento magnético del protón o se alinea con el campo magnético externo o se alinea en contra del campo magnético externo déjame continuar dibujando eso aquí estaría nuestro momento magnético alineándose con el campo magnético externo y aquí estaría el momento magnético alineándose en contra del campo magnético externo y podemos pensar en eso relacionándose con el espín de nuestro protón si digo que gira en esta dirección este es el polo norte y este es el polo sur puedo colorear mi polo norte aquí en rojo y el momento magnético el momento magnético apuntará en esta dirección y para el otro si el momento magnético está ahora alineado en contra del campo magnético el protón deberá de estar girando en la dirección opuesta podemos imaginar aunque esto no sea exactamente lo que está pasando podemos imaginar al protón girando de esta manera haciendo a este el polo norte a este el polo sur esa es la razón por la cual esta analogía con la aguja de la brújula ayuda tanto porque hay una diferencia de energía entre estos dos estados de espn así que cuando el momento magnético está alineado con el campo magnético éste es el estado de espín alfa y cuando el momento magnético está alineado en contra del campo magnético aplicado será el estado de espín beta y hay diferencia de energía entre estos dos estados de espn igual que como hay una diferencia de energía entre estos estados de la aguja de brújula esta tiene mayor energía que está aquí es la misma idea o podrías pensar en esto como lo mismo para nuestro protón hay una diferencia de energía este estado de espn tiene más energía que este estado de espn bien volvamos a la analogía de la aguja de la brújula si pudiéramos de alguna manera aumentar el campo magnético de la tierra me tomaría más energía hacer que la aguja de la brújula apuntará hacia abajo tendría que agregar más energía para poder cambiar la dirección de la aguja de la brújula pasa lo mismo con el protón si incrementas el campo magnético aplicado ahora dibujaré un campo magnético más grande aquí hay un campo magnético más grande un vecero mayor incremento de cero voy a incrementar la diferencia de energía entre los dos estados de espn puedo dibujar una mayor diferencia de energía entre los estados de espn alfa y beta ahora esta diferencia en energía dibujemos las y esta diferencia en energía esta diferencia en energía es mayor que esta diferencia en energía porque hemos aplicado un campo magnético más fuerte nuevamente la analogía de la brújula nos ayuda a entender eso bien ahora hemos aprendido que tenemos estos dos diferentes estados de espn y resulta que un protón puede absorber energía y cambiar de un estado de espn más bajo del estado de espn alfa a un estado de spin beta veamos un diagrama que muestra eso vamos aquí abajo si aplicamos nuevamente si aplicamos un campo magnético externo hay dos posibles estados de espn para nuestro protón para nuestro núcleo el núcleo podría estar en un estado de espín alfa o en un estado de espín beta digamos que tenemos un protón o núcleo en el estado de espín alfa hay cierta diferencia de energía entre los estados alfa y beta hay cierta diferencia en la energía y el protón puede absorber energía y cambiar al estado de espn más alto si aplicamos la cantidad adecuada de energía este protón puede cambiarse del estado de espín alfa al estado de espín beta déjame solo dibujarlos aquí este es el alfa y este es el beta y cuando eso pasa se dice que el núcleo está en resonancia con tu campo magnético aplicado y por eso el término de resonancia magnética nuclear y entonces esta diferencia de energía esta diferencia de energía entre tus dos estados de espn corresponde a una frecuencia porque que es igual h no donde él es energía y no en la frecuencia y esta frecuencia cae en la región de ondas de radio del espectro electromagnético entonces ahora sabemos lo suficiente para pensar en cómo funciona la rm en tengo que resaltar que hablaré de de f r m n la técnica de rm n con transformada de fourier en este set de vídeos en estos tutoriales en una trm n tomas una muestra de tu compuesto y lo pones en un campo magnético externo y el núcleo puede estar tanto en el estado de spin alfa o el estado de sting beta hay un ligero exceso de núcleos en el estado de spin alfa y entonces someter la muestra con un pulso corto que contenga un rango diferente de frecuencias y que ese exceso de núcleos puedan absorber la energía y moverse de un estado de spin alfa a un estado de spin beta cuando los núcleos caen del estado de spin beta al estado de spin alfa igual que como pasa cuando retiro mi dedo de la aguja de la brújula la aguja de la brújula regresa al estado de menor energía la máquina de rn puede detectar la energía que se perdió y no una señal en un espectro rm en aquí abajo te estoy mostrando un espectro rm n muy simple y obtenemos una señal obtenemos una señal así que déjame continuar dibujando esa señal aquí la señal se ve así como una cresta y esta cresta ocurre a una cierta frecuencia este valor de aquí representa una cierta frecuencia aquí vemos a la intensidad que es el número de absorciones qué tan alto bueno vamos a hablar de eso más a detalle después tu pico está aquí en tu espectro rm y entonces es posible obtener señales diferentes a diferentes frecuencias déjame continuar dibujando otra señal por aquí de esta manera y entonces esta señal está a esta frecuencia y esta señal está a esta frecuencia si tienes diferentes frecuencias tienes distintas diferencias en la energía aquí y esto es lo que nos ayuda a entender la estructura de moléculas voy a profundizar más en esto en el siguiente vídeo cómo puedes tener diferentes frecuencias que corresponden a distintas diferencias de energía entre el estado alfa y el estado beta