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Spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR)

1946
  • Isidor Isaac Rabi
  • Felix Bloch
  • Edward Mills Purcell
Spettrometro a risonanza magnetica nucleare in un laboratorio di chimica analitica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Risonanza magnetica nucleare (RMN) spettroscopia È una tecnica che sfrutta le proprietà magnetiche di alcuni nuclei atomici. Consiste nel posizionare un campione in un campo magnetico forte e costante e sondarlo con onde radio. I nuclei assorbono e riemettono radiazioni elettromagnetiche a una specifica frequenza di risonanza, che dipende dal campo magnetico intramolecolare, rivelando informazioni dettagliate sulla struttura, la dinamica e l'ambiente chimico delle molecole.

Il principio della risonanza magnetica nucleare (NMR) si basa sulla proprietà quantomeccanica dello spin nucleare. I nuclei con spin diverso da zero, come ¹H (protoni) e ¹³C, si comportano come minuscoli magneti. Quando vengono posti in un campo magnetico esterno ([latex]B_0[/latex]), questi spin nucleari si allineano con o contro il campo, creando due distinti stati energetici. La differenza di energia tra questi stati è proporzionale all'intensità di [latex]B_0[/latex]. Applicando un impulso a radiofrequenza (RF) alla frequenza precisa (la frequenza di Larmor) che corrisponde a questo intervallo di energia, i nuclei possono essere eccitati dallo stato energetico inferiore a quello superiore. Questo assorbimento di energia è il fenomeno della "risonanza". Quando l'impulso RF viene disattivato, i nuclei tornano al loro stato energetico inferiore, emettendo un segnale che viene rilevato dallo spettrometro NMR. Fondamentalmente, la frequenza di risonanza esatta di un nucleo viene leggermente alterata dall'ambiente elettronico locale, un effetto chiamato "spostamento chimico". Ciò consente ai chimici di distinguere, ad esempio, tra i protoni di un gruppo metilico (-CH₃) e i protoni di un gruppo idrossilico (-OH) all'interno della stessa molecola. Ulteriori complessità, come l'accoppiamento spin-spin, forniscono informazioni su quali atomi sono collegati tra loro, consentendo la completa delucidazione delle strutture molecolari.

UNESCO Nomenclature: 2501
– Chimica analitica

Tipo

Dispositivo fisico

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Scoperta dello spin nucleare da parte di Wolfgang Pauli (1924)
  • Esperimento di risonanza magnetica a fascio molecolare di Isidor Rabi (1938)
  • Sviluppo di elettromagneti potenti e stabili e di elettronica a radiofrequenza sensibile

Applicazioni

  • determinazione della struttura 3D delle proteine ​​e di altre biomolecole complesse
  • risonanza magnetica per immagini (RMI) in medicina
  • controllo di qualità della sintesi chimica
  • ricerca metabolomica
  • scienza dei materiali per la caratterizzazione di polimeri e solidi

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • risonanza magnetica funzionale (fmri) per la mappatura dell'attività cerebrale in tempo reale
  • spettroscopia nmr in vivo per studi metabolici non invasivi negli organismi viventi
  • solid-state nmr for analyzing insoluble materials like catalizzatori and polymers
  • hyperpolarization techniques to dramatically increase nmr signal sensitivity for diagnostica per immagini
  • dispositivi NMR portatili a basso campo per analisi sul campo in agricoltura o nell'industria mineraria
  • screening di farmaci basato sulla risonanza magnetica nucleare (RMN) per identificare i composti che si legano alle proteine ​​bersaglio
  • calcolo quantistico basato su qubit di spin nucleare (nmr qc allo stato liquido)
  • autenticazione alimentare per rilevare frodi, come olio d'oliva o miele adulterati
  • NMR a flusso per il monitoraggio in tempo reale delle reazioni chimiche
  • risonanza magnetica nucleare a diffusione per studiare le dimensioni e la forma delle molecole e delle strutture porose
Related to: NMR, nuclear magnetic resonance, spettroscopia, chemical shift, MRI, molecular structure, spin, radiofrequency, Larmor frequency, magnetic field.

Contesto storico

Spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR)

1910
1940
1940
1946
1950
1960
1970
1900
1912
1940
1940
1950
1950
1960
1970

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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