Ressonancia Magnetica

Em 1937, o físico austro-norte-americano Isidor Isaac Rabi (1898-1988) apresentou na Physical Review 51 (p. 652) uma nova técnica para medir momentos magnéticos nucleares.

Nessa técnica, dois campos magnéticos fortes não homogêneos desviam um feixe molecular em sentidos opostos, produzindo um efeito de focalização.1

Por outro lado, no meio da trajetória do feixe, um campo magnético forte homogêneo produz uma freqüência de larmor nos núcleos das moléculas do feixe, no mesmo instante em que um campo magnético alternado fraco é aplicado ao feixe.

Assim, se esse campo estiver em ressonância com a freqüência da precessão larmoriana, o núcleo ressonante é lançado fora de sua trajetória normal. Essa técnica de Rabi ficou conhecida como Ressonância Magnética Nuclear (Nuclear Magnetic Resonance).

Rabi e seus colaboradores, os físicos Zacharias, S. Millman e Polykarp Kusch (1911 -1993) realizaram experiências nas quais mediram o momento magnético do Lítio (Li) , e que foram relatadas, em 1938, na Physical Review 53 (p.318) divulgando um artigo que mostrou sem dúvida a primeira observação de RMN.1

Em 1944, o Prêmio Nobel de Física foi concedido para Rabi por seus trabalhos pioneiros sobre Ressonância Magnética Nuclear. Estimulado pelos físicos alemães Otto Stern e Immanuel Estermann, em 1933 na qual foi medido o momento magnético do Próton.

Em 1939, Felix Bloch e o físico norte americano Luis Walter Alvarez (1911-1988) mediram o momento magnético do neutron, usando uma adaptação da técnica de Rabi (1937) a um intenso feixe de neutrons oriundos de um cíclotron. O desvio magnético da técnica de Rabi foi substituído por um efeito de “polarização” desse feixe.

Em 1942, Cornelis Jacobus Gorte e L. F. J. Broer publicaram na Physica 9 o resultado de uma experiência na qual tentaram, sem sucesso, medir ressonâncias nucleares.

Em 1945, o físico russo E. Zavoisky apresentou no Fiziologiocheskii Zhurnal 9 o resultado de experiências, nas quais observou a ressonância magnética nuclear ao aplicar um campo magnético uniforme a sais (Cobre e Manganês) contendo íons divalentes.

Em 1946, os físicos norte-americanos Edward Mills Purcell (1912-1997), Henry Cutler Torrey (1911-1998) e R. V. Pound e, independetemente, Félix Bloch (1905-1983), W. W. Hansen e M. Packard publicaram artigos, respectivamente, na Physical review 69, nos quais anunciaram que haviam descoberto efeitos de ressonância magnética nuclear em sólidos e líquidos.

Na experiência realizada por Purcell, Torry e Pound o método utilizado foi o de obter a subtração de energia a um campo magnético oscilante por núcleos sujeitos a um campo magnético forte e fixo, método esse capaz de medir a freqüência de Larmor, que é importante para a determinação do momento magnético dos núcleons.

O material por eles utilizado foi a parafina, a qual contém muitos prótons, que neste caso há dois níveis de separação da freqüência v. Por sua vez, Bloch, Hansen e Packard utilizaram um método semelhante descrito acima; porém, eles detectaram a ressonância magnética nuclear pela intensidade máxima de sinais induzidos em uma bobina detectora perpendicular quer ao campo magnético fixo, quer ao campo magnético oscilante.

Em 1947, os físicos norte-americanos John Elliot Nafe (1914-1996) e Edward B. Nelson, e o austro-norte-americano Isidor Isaac Rabi publicaram um artigo na Physical Review 71, no qual apresentaram o resultado de uma experiência que indicava ser o momento magnético do elétron (µe) um pouco maior do que o Magnetão de Bohr (µ0). Resultado análogo a esse foi apresentado por D. E. Nagel, R. S. Julian e J. R. Zacharias na Physical Review 72, ambos eram trabalhos que falavam sobre estruturas hiperfinas.

Princípios Básicos de Ressonância Magnética Nuclear[editar código-fonte]

A Ressonância Magnética Nuclear como todas as formas de espectroscopia, trata-se da interação da radiação eletromagnética com a matéria.2 Entretanto, RMN diferencia-se da espectroscopia óptica em vários aspectos fundamentais, tais como:

primeiro, a separação entre os níveis de energia é um resultado da interação do momento magnético de um núcleo atômico com um campo magnético aplicado; segundo, a interação é com a componente magnética da radiação eletromagnética em vez da componente elétrica.

Sendo que o efeito de RMN ocorre para núcleos que possuem momentos magnéticos e angulares e , respectivamente.

Os núcleos apresentam momentos magnéticos e angulares paralelos entre si, respeitando a expressão onde o fator giromagnético.

O momento angular é definido, quanticamente, por

onde um operador adimensional, também denominado de momento angular ou spin, cujos valores podem ser somente números inteiros ou semi-inteiros 0, 1/2, 1, 3/2, 2(...).

A separação entre os níveis de energia é um resultado da interação do momento um resultado da interação do momento magnético do núcleo atômico com o campo magnético aplicado.

Na espectroscopia de RMN é possível controlar a radiação eletromagnética (faixa de radiofreqüência ou RF) e descrever a interação desta radiação com os spins nucleares do sistema. Isto contribui em grande parte para o desenvolvimento do grande número de técnicas utilizadas em RMN. Quase todos os elementos químicos têm ao menos um isótopo com um núcleo atômico que possui momento magnético, e quando este é colocado em um campo magnético externo, e a ele for aplicada uma excitação com freqüência igual a sua freqüência de precessão , tal núcleo é retirado de seu estado de equilíbrio. Após a retirada do campo de RF, este núcleo tende a voltar ao seu estado fundamental de equilíbrio através dos processos de relaxação spin-rede (T1) e relaxação spin-spin (T2)