Manual de Sobrevivência no Laboratório de Química Orgânica: Guia de Técnicas para o Aluno
A Interação Magnética
Se o número de nêutrons e o de número de prótons são pares, o núcleo não tem spin. Ambos, o núcleo do carbono-12, com seis prótons e seis nêutrons, e o núcleo do oxigênio-16, com oito prótons e oito nêutrons, têm spin nulo e não são ativos em RMN.
Se o número de nêutrons mais o número de prótons é ímpar, o núcleo tem um número quântico do spin semi-inteiro (1/2, 3/2, 5/2, ...). Prótons (hidrogênio-1) têm spin 1/2 e, da regra de seleção 2I + 1, têm dois estados, +1/2 e −1/2. Mas há um segredo.
A INTERAÇÃO MAGNÉTICA
A menos que um campo magnético externo seja aplicado, dizemos que os dois estados do spin nuclear de prótons são degenerados. Isso significa que os dois estados têm a mesma energia. Com um campo magnético externo aplicado, os níveis de energia se separam, com um estado (α) de energia mais baixa e o outro (β) de energia mais alta. Em um experimento de RMN, o ponto é suprir energia de forma que os prótons possam absorvê-la e mudar, ou trocar, do estado de mais baixa para o de mais alta energia, e então retornar ao estado de mais baixa energia, um processo conhecido por relaxação.
TODOS SE ALINHAM, SACOLEJAM E
RELAXAM
Assim, nesse campo magnético aplicado B , os prótons são distribuídos 0 entre esses dois estados de energia, ou a favor do campo ou contra o campo,
como na Fig. 33.1. O núcleo girante descreve uma órbita precessional, muito semelhante a um pião em rotação, a uma frequência (n) chamada de frequência de Larmor, determinada por:
FIGURA 33.1 Precessão de prótons aproximadamente alinhados com o campo magnético externo no estado de baixa energia, e então, no de alta energia.
v = γB0
em que B0 é a intensidade do campo magnético em tesla, e g é a constante giromagnética (ou constante magnetogírica), que é diferente para cada núcleo. Para os prótons, γ = 4,26 × 107 Hz/T, em que Hz é a frequência em hertz (anteriormente, ciclos por segundo, com unidades de s−1) e T é tesla, a intensidade do campo magnético. O importante é observar que, quanto maior a intensidade do campo, maior é a frequência ressonante.
Os aparelhos de RMN antigos tinham uma frequência básica de 60 megahertz (MHz) usando um magneto com uma intensidade de campo de aproximadamente 1,4 T. Os instrumentos mais modernos, de 300 MHz, usam um magneto de 7,05 T para obter a ressonância dos prótons. Se é feita a varredura, ou da intensidade do campo magnético ou da energia de radiofrequência, de forma a atingirmos o ponto ótimo (no qual o campo magnético e a radiofrequência estão “exatamente corretos”), os prótons absorvem energia e fazem a transição para o estado de mais alta energia. Então, à medida que passamos desse ponto ótimo, os prótons perdem aquela energia por um processo chamado relaxação. Em um instrumento de RMN há uma bobina que detecta as variações de energia envolvidas nesse processo, e é esse sinal que é amplificado e enviado a um computador para ser registrado.