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May 24, 2023

Un'introduzione alla spettroscopia NMR

Aimee O’Driscoll, BSc, MBA, has a decade of experience as a development chemist

Aimee O'Driscoll, laureata in scienze e MBA, ha dieci anni di esperienza come chimica dello sviluppo ed è una scrittrice scientifica esperta. Può essere contattata all'indirizzo [email protected].

La spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) consente agli scienziati di studiare la struttura, le proprietà e la dinamica delle molecole misurando la risposta dei nuclei a un campo magnetico. Non è invasivo ed è ampiamente utilizzato in una vasta gamma di settori, tra cui quello medico, farmaceutico, alimentare, ambientale ed energetico. Questa versatile tecnica analitica sta facendo rapidi progressi e la sua efficacia è spesso migliorata dall'abbinamento con vari metodi cromatografici.

La spettroscopia NMR si basa sulla scoperta che alcuni nuclei atomici si comportano come minuscoli magneti a causa della rotazione nucleare. Quando posti in un campo magnetico applicato, questi nuclei si allineano parallelamente o antiparallelamente al campo. L'energia necessaria per modificare questo allineamento è proporzionale alla forza del campo magnetico.

Uno spettrometro NMR è composto da tre parti principali: un magnete, un trasmettitore a radiofrequenza (RF) e un ricevitore RF. Un campione viene posizionato in un tubo o sonda e inserito nel magnete. Il magnete produce un campo magnetico stabile e uniforme, che fa sì che i nuclei del campione si allineino in una direzione specifica. Il trasmettitore RF genera un impulso che eccita i nuclei e ne inverte l'allineamento. Mentre ritornano al loro allineamento originale, i nuclei emettono radiazione elettromagnetica, che viene rilevata dal ricevitore RF e convertita in uno spettro NMR.

Lo spettro NMR traccia l'intensità del segnale rispetto alla frequenza RF. La differenza tra la frequenza RF corrispondente di un picco e la frequenza di riferimento è nota come spostamento chimico. Ogni picco corrisponde a un nucleo particolare e lo spostamento chimico consente di identificare il nucleo e il suo ambiente chimico, ad esempio i tipi di legami in cui è coinvolto o il solvente che lo circonda.

La spettroscopia NMR rivela anche informazioni sulla dinamica di un composto, come la mobilità degli atomi costituenti e la velocità delle reazioni chimiche. Questi risultati richiedono tecniche come le misurazioni del rilassamento – che determinano la velocità con cui i nuclei si rilassano tornando al loro allineamento originale – o lo studio dell’effetto nucleare Overhauser, che comporta la misurazione dell’interazione tra diversi nuclei.

La spettroscopia NMR ha una vasta gamma di applicazioni. Gli usi comuni includono la determinazione della struttura di farmaci, proteine, acidi nucleici e altre molecole e lo studio della dinamica delle reazioni chimiche. E poiché la spettroscopia NMR fornisce informazioni sull'ambiente chimico di un atomo, è utile per studiare i processi catalitici. Questa tecnica funge anche da base per la risonanza magnetica (MRI), uno strumento diagnostico ampiamente utilizzato. Nel frattempo, gli scienziati dei materiali utilizzano la spettroscopia NMR per studiare le proprietà e le strutture di polimeri, ceramiche e altro ancora.

Come tutte le tecniche, la spettroscopia NMR ha i suoi limiti. Principalmente, si limita a misurare nuclei con un numero dispari di protoni o neutroni, sebbene i campioni possano essere arricchiti con isotopi rilevabili, come carbonio-13 e azoto-15. Inoltre, la spettroscopia NMR ha una sensibilità relativamente bassa e gli esperimenti possono essere costosi e richiedere molto tempo.

Quindi, quali sono alcuni dei principali vantaggi derivanti dall’utilizzo di questa tecnica analitica rispetto ad altre? La spettroscopia NMR può fornire dati qualitativi e quantitativi in ​​un'unica analisi. Inoltre, questa tecnica non è distruttiva, può gestire un'ampia gamma di tipi di campioni e richiede una preparazione minima del campione. È inoltre altamente riproducibile e offre l'opportunità di un elevato livello di automazione. Nel complesso, questa è una tecnica potente che fornisce informazioni fondamentali in molti campi.