ResonanciaResonancia Magnética Magnética NuclearNuclear ...€¦ · La espectroscopia de...
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ResonanciaResonancia MagnéticaMagnética NuclearNuclear dede SólidosSólidos yy susuaplicaciónaplicación aa lala caracterizacióncaracterización dede polímerospolímeros
Carlos García AparicioCarlos García Aparicio
Madrid, 2012Madrid, 2012
LaLa espectroscopiaespectroscopia dede resonanciaresonancia magnéticamagnética nuclearnuclear (RMN)(RMN) eses unun fenómenofenómenoLaLa espectroscopiaespectroscopia dede resonanciaresonancia magnéticamagnética nuclearnuclear (RMN)(RMN) eses unun fenómenofenómenoqueque ocurreocurre cuandocuando elel núcleonúcleo dede ciertosciertos átomosátomos inmersosinmersos enen unun campocampomagnéticomagnético estático,estático, sonson expuestosexpuestos aa unun segundosegundo campocampo magnéticomagnético..
LL R NR N bb ll d dd d dd ll b ób ó dd ll d ód ó l él éLaLa RMNRMN sese basabasa enen lala medidamedida dede lala absorciónabsorción dede lala radiaciónradiación electromagnéticaelectromagnéticaenen lala regiónregión dede laslas radiofrecuenciasradiofrecuencias aproximadamenteaproximadamente dede 44 aa 99 MHzMHz..
BhγhνΔE N2π
γN
FreeFree InductionInduction DecayDecay (FID)(FID)
Señal
Transformada de Fourierde Fourier
Función de onda para cada psistema spin
FrecuenciasFr cu nc as
EsquemaEsquema aparatoaparato dede RMNRMN
ElEl ensanchamientoensanchamiento eses aúnaúntantan grandegrande queque laslas
LasLas señalesseñales sonson muchomucho másmás anchasanchas (peor(peor resolución)resolución)
tantan grandegrande queque laslasseñalesseñales cubrencubren todotodo elelespectroespectro
AcoplamientoAcoplamiento dipolardipolar sese dada aa travéstravés deldel espacioespacio yy nono dede loslos enlacesenlacesJJ tomatoma valoresvalores muchomucho mayoresmayores queque enen elel acoplamientoacoplamiento espínespín--espínespín
EJEMPLOSEJEMPLOSModificaciónModificación dede fibrasfibras dede sepiolitasepiolita concon metoxisilanosmetoxisilanos
EJEMPLOSEJEMPLOSEstudioEstudio dede entrecruzamientoentrecruzamiento dede iPPiPP
EJEMPLOSEJEMPLOS
InjertoInjerto dede polímerospolímeros enen nanotubosnanotubos
E diE di d ld l hi h ihi h i dd hid lhid l d i dd i d dd íliíli il idil idEstudioEstudio deldel hinchamientohinchamiento dede hidrogeleshidrogeles derivadosderivados dede metacrílicometacrílico yy acrilamidaacrilamida
MedidasMedidas dede DifusiónDifusiónLaLa difusióndifusión eses elel movimientomovimiento dede laslas partículaspartículas debidodebido alal movimientomovimiento brownianobrowniano.. ElElcoeficientecoeficiente dede difusión,difusión, D,D, eses unauna medidamedida dede lala difusióndifusión.. LaLa secuenciasecuencia dede espínespín--ecoecodede gradientegradiente pulsadopulsado nosnos permitepermite medirmedir esteeste coeficientecoeficiente dede difusióndifusión..
CoeficientesCoeficientes dede difusióndifusión dede [[1313C]OC]O22 enen membranasmembranas dede poliimidaspoliimidas 66FDAFDA--TMPDTMPD
Introducción General Introducción General
HayHay pocaspocas técnicastécnicas queque permitanpermitan::
EvitenEviten lala tomatoma dede muestrasmuestras
RealizaciónRealización dede medidasmedidas concon adecuadaadecuada resoluciónresolución tantotanto espacialespacial comocomo temporaltemporal
EvitenEviten elel análisisanálisis deldel mediomedio enen elel queque sese encuentraencuentra inmersoinmerso elel gelgel
NoNo sese haha generalizadogeneralizado lala aplicaciónaplicación dede lala espectroscopíaespectroscopíalocalizadalocalizada dede RMNRMN (MRS,(MRS, deldel inglés,inglés, “magnetic“magnetic resonanceresonancespectroscopy”)spectroscopy”) parapara elel estudioestudio deldel fenómenofenómeno dede lala difusióndifusiónp py )p py ) pp
Espectroscopía localizada de RMN (MRS) Espectroscopía localizada de RMN (MRS)
RMNRMN
Espectroscopía localizada de RMN (MRS) Espectroscopía localizada de RMN (MRS)
ωω00 = γ B= γ B00
ωω00 frecuencia Larmorfrecuencia Larmorγ constante giromagnéticaγ constante giromagnéticaBB éti li d éti li d
MRIMRI se utiliza para obtener se utiliza para obtener información espacialinformación espacial
LaLa frecuenciafrecuencia dede resonanciaresonancia ωω00 sese hacehace dependientedependiente dede lala posiciónposición dede maneramanera quequelaslas distintasdistintas frecuenciasfrecuencias correspondencorresponden aa lala posiciónposición espacialespacial enen lugarlugar dede alal
BB00 campo magnético aplicadocampo magnético aplicado f pf p
laslas distintasdistintas frecuenciasfrecuencias correspondencorresponden aa lala posiciónposición espacialespacial enen lugarlugar dede alaldesplazamientodesplazamiento químicoquímico
Aplicación sucesiva de Aplicación sucesiva de tres pulsos de radiofrecuencia selectivatres pulsos de radiofrecuencia selectiva (acompañada de (acompañada de los gradientes de campo magnético) en los gradientes de campo magnético) en tres direcciones ortogonales del espaciotres direcciones ortogonales del espacio
La La intersecciónintersección corresponde con el corresponde con el volumen objeto de estudiovolumen objeto de estudio
UtilizaUtiliza unun pulsopulso dede radiofrecuenciaradiofrecuencia dede 9090ºº yy dosdos dede180180ºº enen presenciapresencia dede gradientesgradientes dede selecciónselección dede cortecorte
EspectroscopíaEspectroscopía dede resoluciónresolucióndede puntopunto (“point(“point resolvedresolvedspectroscopy”spectroscopy” PRESS)PRESS) pp ggspectroscopyspectroscopy PRESS)PRESS)
SeSe proponepropone lala técnicatécnica dede espectroscopíaespectroscopía localizadalocalizada dede RMNRMN parapara elel estudioestudio dedelala difusióndifusión dede laslas moléculasmoléculas oo solutossolutos dede bajobajo pesopeso molecularmolecular enen gelesgeles
ElEl coeficientecoeficiente dede difusióndifusión sese determinarádeterminará directamentedirectamente aa partirpartir dede laslasppintensidadesintensidades enen loslos espectrosespectros dede 11HH--RMNRMN dede laslas moléculasmoléculas queque difundendifunden enengelesgeles enen funciónfunción deldel tiempotiempo yy deldel espacioespacio
Estudio de la difusión de cafeína en geles de quitosanoEstudio de la difusión de cafeína en geles de quitosano
BuenaBuena solubilidadsolubilidad enen aguaagua,, formandoformando disolucionesdisoluciones establesestables,, presentapresentaseñalesseñales dede 11HH--RMNRMN fácilmentefácilmente detectablesdetectables,, nono eses tóxicatóxica yy seseempleaemplea comocomo medicamentomedicamento porpor lala industriaindustria farmacéuticafarmacéutica
N
N
N
O
Estudio de la difusión de cafeína en geles de quitosanoEstudio de la difusión de cafeína en geles de quitosano
empleaemplea comocomo medicamentomedicamento porpor lala industriaindustria farmacéuticafarmacéuticaN NO
CafeínaCafeínaVN
N
N
O71
6
Quitosano
IV N NO
3
Cafeína
III
II
Ácido acético3-CH3I
Fuente de cafeína H-6
1-CH37-CH3
LaLa intensidadintensidad dede laslas señalesseñales disminuyedisminuye segúnsegún aumentaaumenta lala distanciadistancia dedeseparaciónseparación entreentre lala interfaseinterfase yy elel voxelvoxel dede interésinterés
Estudio de la difusión de cafeína en geles de quitosanoEstudio de la difusión de cafeína en geles de quitosanoEstudio de la difusión de cafeína en geles de quitosanoEstudio de la difusión de cafeína en geles de quitosano
EspectrosEspectros dede 11HH--RMNRMN dede cafeínacafeína obtenidosobtenidos aa laslas 2424 horashoras aa distanciasdistancias voxelvoxel--interfaseinterfase crecientescrecientes
1,9
2,22
N N
O1
7
6
1,43
1,75N NO
3
6
0 8
1,0
1,25
0,3
0,53
0,8
11 CHCH 77--CHCH3333--CHCH33
0,100,10HH--66 11--CHCH33
Ácido acéticoÁcido acético
33
δ(ppm) δ(ppm)
La La intensidad varíaintensidad varía Existe un Existe un transporte de cafeínatransporte de cafeína en en el sistema poliméricoel sistema polimérico
(pp )(pp )
Estudio de la difusión de cafeína en geles de quitosanoEstudio de la difusión de cafeína en geles de quitosano
VariaciónVariación dede lala intensidadintensidad dede señalseñal dede 11HH--RMNRMN enen funciónfunción dede lala distanciadistancia dedeseparaciónseparación entreentre lala interfaseinterfase yy elel voxelvoxel correspondientecorrespondiente aa variosvarios tiempostiempos dede difusióndifusión
Estudio de la difusión de cafeína en geles de quitosanoEstudio de la difusión de cafeína en geles de quitosano
8
9
270 min
5
6
7
270 min 690 min 1470 min
sida
d
1
2
3
4
Inte
ns
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,00
x (cm)
La La intensidad de señalintensidad de señal de la cafeína de la cafeína disminuye de disminuye de forma no linealforma no lineal en relación a la distancia de difusión en relación a la distancia de difusión
Disminución de concentraciónDisminución de concentración de cafeína según de cafeína según aumenta la distancia de difusiónaumenta la distancia de difusión
D = 3.98 D = 3.98 ±± 0.38 100.38 10--66 cmcm22/s/s