Spettroscopia di risonanza magnetica nucleare: differenze tra le versioni
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La rotazione dei nuclei atomici su sé stessi è capace di procurare un [[momento magnetico]] <math>\mu</math> ad alcuni di essi.
Il più semplice tra gli elementi aventi momento magnetico nucleare, ed il più importante a fini pratici, è l'idrogeno. Si può grossolanamente visualizzare l'unico [[protone]] di cui è composto l'atomo di idrogeno come una palla in rotazione su se stessa e uniformemente carica: le porzioni infinitesime di carica generano un [[campo magnetico]] in funzione della loro distanza dall'asse di rotazione.<nowiki>*</nowiki>
[[Immagine:Spin_protone.jpeg]]
Le proprietà di [[spin]] dei protoni e dei neutroni che compongono gli atomi più pesanti si combinano per definire lo spin totale dei nuclei di elementi più pesanti, da cui il loro eventuale momento magnetico. Solo nuclei con [[numero atomico]] e/o [[massa atomica]] dispari mostrano proprietà magnetiche: si dice che il loro [[numero quantico]] di spin
La direzione del momento magnetico così prodotto è, per un protone nel vuoto, assolutamente casuale: tra un'orientazione e l'altra non v'è differenza.
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==Campo applicato ed effetto Zeeman==
Immaginiamo ora di applicare un campo magnetico B<sub>0</sub>: il momento magnetico del protone tenderà ad allinearsi con il campo esterno. Per il protone sono venuti a crearsi due livelli energetici: uno, ad energia più alta, in cui il suo momento magnetico si oppone al campo esterno; uno, ad energia più bassa, in cui è allineato.
[[Immagine:NMR_effetto_Zeeman_sul_protone.jpeg]]
L'entità di questo ''splitting'' è direttamente proporzionale al campo applicato, e segue questa espressione:
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Fornendo al protone un quanto di energia (ad esempio un fotone) sufficiente a colmare il gap energetico, questi lo assorbe, assumendo un momento magnetico opposto a quello applicato (livello energetico più alto). Se si usano onde elettromagnetiche come vettore energetico, la frequenza a cui un atomo attivo darà assorbimento sarà:
<math>\nu=\gamma B</math><sub>0</sub>/<math>2 \pi</math>, detta ''[[frequenza di Larmor]]'', ''frequenza di precessione'' o ancora ''frequenza di risonanza''.
Ad esempio, per un protone immerso in un campo magnetico di 14092 [[gauss]], la frequenza di risonanza è di 60MHz: irraggiando un gruppo di protoni immersi in questo campo, alcuni di quelli che si trovano al livello energetico superiore assorbiranno un quanto di energia invertendo il loro spin.
= Come funziona =▼
▲== Come funziona ==
Una [[elettrocalamita]] genera il campo magnetico necessario ad indurre lo ''splitting'' tra i livelli energetici degli atomi attivi nel campione in esame.
Contemporaneamente, un emettitore di onde elettromagnetiche lo bombarda
Il campo magnetico della calamita viene quindi incrementato passo passo: un rivelatore registra l'[[assorbanza]] del campione ad ogni intensità di campo, ovvero quanta parte della radiazione incidente si perde al passaggio attraverso il mezzo.
Come detto sopra, la frequenza di risonanza di un nucleo attivo è direttamente proporzionale al campo applicato: mano a mano che il campo aumenta, crescono anche le frequenze di risonanza. Quando le frequenze di risonanza diventano pari a quella incidente (che invece è costante), allora tutti gli atomi capaci di farlo assorbiranno quanti di energia, e l'assorbanza misurata sarà più alta.
Il motivo per cui si preferisce regolare l'intensità del campo, piuttosto che la frequenza dell'onda incidente, è presto detto: è più semplice, e porta a commettere meno errori.
Per quanto detto finora, l'NMR sarebbe un metodo analitico alquanto inutile. Ogni nucleo attivo entrerebbe in risonanza con il campo esterno alla sua frequenza, e tutti gli isotopi uguali si comporterebbero allo stesso modo. Per di più, solo alcuni isotopi sono attivi a intensità di campo magnetico e a frequenze ragionevoli.
= Lo Spostamento Chimico (Chemical Shift) =
Fortunatamente, è rarissimo che i nuclei attivi mostrino assorbimento quando dovrebbero. Questo non perché la teoria sia sbagliata. Noi abbiamo teorizzato il comportamento di ''un'' protone nel vuoto: un'eventualità abbastanza rara.
Nella realtà i nuclei attivi sono immersi in un '''intorno chimico''': altri atomi, altre molecole, li circondano, con le relative nubi elettroniche, ed anche esso stesso è circondato dalla sua "nube" di particelle cariche in moto.
Il campo magnetico applicato induce, sull'intorno elettronico di ogni nucleo, un campo magnetico locale opposto. La nube elettronica provoca cioè una modulazione locale del campo applicato, detta '''schermaggio'''.
<nowiki>*</nowiki>In realtà, per motivi quantomeccanici, il campo generato dal protone in rotazione non corrisponde affatto a questo semplice modello.
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