Vogel: Análise Química Quantitativa

J Mendham · Capítulo 369 de 495

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Vogel: Análise Química Quantitativa

14.4 Acoplamento dos núcleos magnéticos

A Fig. 14.3 dá os deslocamentos químicos aproximados de algumas

 

moléculas e grupamentos simples [1].

 

14.4 Acoplamento dos núcleos magnéticos

 

Nem todos os espectros têm linhas simples como bandas de absorção, como

na Fig. 14.2. São freqüentes as bandas formadas por muitas linhas. Isto

ocorre porque os spins de núcleos vizinhos se acoplam (isto é, interagem)

uns com os outros. Daremos aqui uma descrição muito breve deste

problema. Procure detalhes em um livro-texto de espectroscopia de RMN

[2]. O grau de divisão do sinal de um núcleo em várias linhas é chamado de

multiplicidade. A multiplicidade depende do número de núcleos ao qual o

núcleo de interesse está acoplado. Observe que a divisão do sinal não

depende da natureza química dos núcleos acoplados, isto é, ocorre mesmo

quando os núcleos acoplados não são do mesmo elemento. A separação das

linhas em multipletes provenientes de núcleos acoplados é a mesma. A Fig.

14.4 mostra vários exemplos de sinais divididos. No caso de núcleos de

número quântico de spin igual a 1/2, o número de linhas observadas em um

multiplete é (n + 1), em que n é o número de núcleos equivalentes que se

acoplam com um núcleo adjacente. O acoplamento de spin é importante na

espectroscopia de RMN. Para mais detalhes, consulte a literatura [2].

 

14.5 Instrumentação 14.5.1 Intrumentos de onda contínua

 

A Fig. 14.5 esquematiza os compontentes importantes de um espectrômetro

de onda contínua. A sensibilidade e a resolução de um espectrômetro

dependem essencialmente da intensidade do campo e da qualidade do ímã.

Quanto maior é a intensidade do campo magnético do ímã, maior é a

sensibilidade e a resolução. Os ímãs usados em espectrômetros de RMN são

de três tipos: ímãs permanentes, eletroímãs e ímãs supercondutores. Os

ímãs permanentes são muito sensíveis à temperatura e o campo que

produzem é pouco intenso. Os eletroímãs são muito menos sensíveis à

temperatura, mas exigem sistemas de resfriamento e fontes elétricas

complexas. Os eletroímãs comerciais podem produzir campos de até 2,3 T,

isto é, neste campo, as freqüências de absorção de hidrogênio ocorrem em

100 MHz. Os ímãs supercondutores são usados em instrumentos de alta

resolução. Espectrômetros de campos de até 17,5 T, que corresponde à

freqüência de absorção de hidrogênio em 750 MHz, já estão disponíveis no

comércio. Outros instrumentos usam campos ainda mais altos.

Fig. 14.3 1 Deslocamentos químicos aproximados de H-RMN de moléculas e grupos funcionais simples (reimpresso, com permissão, de C. N. Banwell e E. M. McCash, 1994, Fundamentals of molecular spectroscopy, 4th ed., McGraw-Hill, Maidenhead)

 

Fig. 14.4 Modos simples de divisão de hidrogênios em ambientes diferentes

 

O sinal de um transmissor de radiofreqüência alimenta um par de fios

em espiral montados a 90° em relação à direção do campo magnético. Para

obter o espectro, usa-se normalmente uma freqüência fixa, que depende da

intensidade do campo magnético, e um gerador de varredura de campo,

que permite uma pequena alteração do campo magnético aplicado. Faz-se

isto variando a corrente que passa por dois fios em espiral paralelos às faces

do ímã. No caso mais comum, a intensidade do campo varia linearmente

com o tempo e o processo é sincronizado com o deslocamento de um

registrador. A faixa de varredura de um espectrômetro de hidrogênio em 60

MHz é de 1000 Hz, que corresponde a uma varredura de campo de 2,3 ×

10 –5 T.

A quantidade de radiação que passa pela amostra é detectada e o espectro

registrado. Os espectrômetros modernos são equipados com integradores

eletrônicos ou digitais que medem as áreas dos picos de absorção. Os dados

de integração geralmente aparecem como uma linha em degrau superposta

no espectro de RMN (Fig. 14.6). A célula de amostra é usualmente um

tubo de vidro de 5 mm de diâmetro externo capaz de conter cerca de 0,5 ml

de líquido. Pode-se medir espectros de amostras com volumes menores do

que 0,5 ml com microcélulas. O suporte de amostra mantém a amostra em

posição no campo magnético. Uma turbina movida a ar provoca a rotação

do suporte de amostra em torno do eixo principal. A rotação de cerca de

4000 rpm reduz os efeitos de inomogeneidade do campo magnético, dando

linhas mais agudas e melhor resolução.

 

Fig. 14.5 Componentes importantes de uma RMN de onda contínua

 

14.5.2 Instrumentos pulsados com transformadas de Fourier

 

Uma alternativa para o uso dos métodos de ondas contínuas, nos quais cada

freqüência da molécula é excitada sucessivamente, é irradiar durante alguns

microssegundos todas as freqüências simultaneamente com um pulso

intenso de radiação na região de radiofreqüência. Este pulso de

radiofreqüência satura todos os núcleos que absorvem no campo do ímã.

Usa-se uma única freqüência do oscilador porque, como o pulso tem

duração muito pequena, o princípio da incerteza de Heisenberg faz com que

seja obtida uma faixa larga de freqüências que cobre o espectro completo

(Fig. 14.7).

No fim do pulso de excitação, o detector de radiofreqüência registra o

sinal correspondente ao decaimento da indução livre (FID) da amostra em

função do tempo. Este sinal decai exponencialmente e contém informações

de todas as freqüências incluídas no espectro de varredura de freqüências.

As freqüências, porém, chegam todas ao mesmo tempo no detector e

produzem um sinal complexo de interferências que tem de ser analisado e

separado nas freqüências componentes. O método usado é chamado de

transformadas de Fourier (Fig. 14.8) e será discutido com mais detalhes

na Seção 18.5. O procedimento matemático completo está fora do escopo

deste livro.

 

Fig. 14.6 Espectro de absorção e integração do bromo-etano