Instrumentao e ajustes do equipamento de Ressonncia Magntica
NuclearMarilena Meira
RMN Espectroscopia de absoro. Campo magntico. Radiao
eletromagntica: Radiofreqncia. Caractersticas estruturais da
amostra. Determinados ncleos. Por que determinados ncleos?
B0
Absoro de RF por um ncleo Nem todos os ncleos absorvem RF. 12C,
16O, 32S, no do espectros de RMN. 13C, 1H, 15N, 19F absorvem RF. O
que faz um ncleo absorver radiao de RF?
Condio para absoro de RF por um ncleo Um ncleo absorve radiao de
RF se tem nmero de spin diferente de 0. O que nmero de spin?
Nmero de spin: nmero quntico do momento angularP = I (I + 1). h
2 p
P = momento angular Dipolo magntico ao longo do eixo. = . P =
momento magntico
O nmero de spin pode assumir os valores: 0, 1/2, 1, 3/2, 2, 5/2,
3, 7/2, 4, 9/2, 5, 11/2, 6.
Nmero de spin Ncleos que possuem spin = 0 no giram em torno do
eixo. No do espectro RMN. Ncleos com spin = : distribuio de carga
esfrica e uniforme. Ncleos com spin igual ou maior que 1:
distribuio de carga no esfrica: Ncleos quadrupolares
Nveis de energia em um campo magnticoNmero de spin: nmero de
orientaes em um campo magntico (2I + 1).
Para spin = :
Campo magntico ligado:Quando o campo magntico est desligado ( B0
= 0 )
+1/2 -1/2 B0
Momentos magnticos orientados aleatoriamente.
Momentos magnticos orientados sob a ao de Bo.
Diferena de populao entre os nveis para um ncleo de spin =
Pequeno excesso de populao no nvel com menor energia (mais
estvel)
E
Equao fundamental da RMNE = .h.B0 2 E = .h.B0 2 E diretamente
proporcional a B0
Movimento de precessoLB0
Freqncia de Precesso ou freqncia de Larmor
Momento magntico total
Magnetizao resultante para um conjunto de ncleos. M0 na direo Z
(direo do campo B0) Como um ncleo excitado ao nvel de maior
energia?
Aplicao de RF
Aplicao de RF: B1 perpendicular ao campo B0. Ressonncia: 1= L O
pulso de RF exerce um torque sobre M na direo do plano xy.
Induo de Transio Transio entre os nveis de energia: Aplicao de
RF adequada Ou seja se 1 =L Ressonncia RF
Condio de Ressonncia Para um ncleo de spin isolado: 1= L = . B0
2 E = h. E = .h.B0 2 h. = .h.B0 2 = .B0 2
Radiofreqncia Introduo da RF: Ondas contnuas Pulsos de
radiofreqncia. 2 tipos de espectrmetros de RMN
Espectrmetros de RMN Espectrmetro de onda contnua CW
Espectrmetro pulsado.
Espectrmetro de onda contnua Ims permanentes ou eletroms. Lenta
varredura da faixa de freqncia. Registro da energia absorvida em
funo da freqncia. Baixa sensibilidade, demora da anlise. RMN 1H
Amostras concentradas.
Espectrmetro pulsado Supercondutor. Pulso curto e potente de RF.
Excitao simultnea de todos os ncleos. Retorno ao estado de
equilbrio: liberam RF. Um detector coleta a energia emitida e
produz o FID (Decaimento livre de induo) O que o FID?
FID (Free Induction Decay) Soma da radiao de todos os ncleos
durante o tempo de emisso. Escala de intensidade x tempo.
Transformada de Fourier este sinal convertido para intensidade x
freqncia.
FID (Free Induction Decay)Aps um pulso de 90 a magnetizao rodada
para o plano xy. Aps desligado o pulso de RF: magnetizao decai
exponencialmente (FID)
Deteco do sinal
A irradiao dos spins com RF: Aumenta a populao de spins
anti-paralelos. Magnetizao componente transversal e esta medida por
bobinas transversais.
Deteco do sinal
O retorno dos spins ao equilbrio. Na defasagem dos spins ocorre
um decaimento do sinal que corresponde ao FID.
Resumo da tcnica pulsada 1. Alinhamento dos spins no campo
magntico: com ou contra o campo. Nvel de menor energia: ligeiro
excesso de populao. 2. Por aplicao de um pulso forte de RF todos os
ncleos se excitam simultaneamente. 3. Quando os ncleos retornam ao
equilbrio emitem radiao de RF que pode ser detectada (FID) 4.
Transformada de Fourrier: FID no espectro convencional.
HISTRICO 1946: F. Bloch e E. Purcell observaram o fenmeno RMN
pela primeira vez (Prmio Nobel de Fsica de 1952). Dcada de 50:
Importncia em anlises qumicas. Sinal de RMN refletia o ambiente
qumico. Restrita ao 1H. Baixa sensibilidade da tcnica. Como o
problema foi superado?
HISTRICO 1966: Ernst e Andrew: Tcnica de pulsos e transformada
de Fourier (TF). Aumento da sensibilidade da tcnica. Espectros
acumulados.
HISTRICO 1991: R. Ernst Prmio Nobel de Qumica de desenvolvimento
da RMN multidimensional. 2002: Kurt Wthrich determinao de
estruturas tridimensionais de macromolculas biolgicas em soluo por
RMN. Prmio Nobel de Qumica.
Varian 60 MHz CW (Continuous Wave)
Os primeiros equipamentos utilizavam ims permanentes e a energia
de radiofreqncia era introduzida por ondas contnuas (CW). Ncleo de
H.
Modernos espectrmetrosVarian 900 MHz Oxford 900 Mhz BRUKER 1
GHz
Transformada de Fourier: Maior sensibilidade, menor nvel de
rudo, menor tempo de anlise, menor massa de amostra. Magnetos
supercondutores: maior campo, mais homogneo, maior resoluo, maior
sensibilidade. Tcnicas multidimensionais: maior resoluo, maior
facilidade na interpretao de espectros.
reas de aplicao da RMNA tcnica RMN vem evoluindo e ampliando sua
aplicao em vrias reas do conhecimento.
Componentes bsicos de um espectrmetro de RMN pulsado Magneto
Probe (Sonda) Programador de Pulsos Sintetizador de RF Transmissor
de RF Receptor de RF Amplificador Digitalizador Computador
Diagrama de um espectrmetro de RMN
Espectrmetro de RMN de 9,4 tesla, 400 MHz
Magneto Funo: produzir campo magntico B0 forte, homogneo e
estvel. Gerado pela corrente eltrica circulando por um
supercondutor refrigerado temperatura de 4K por meio de hlio
lquido.
Por que buscar campos magnticos mais intensos?
Efeito do campo magntico
Maior campo. Maior resoluo Maior sensibilidade
Campos magnticos Mais intensos Melhor RESOLUO devido ao maior
afastamento dos sinais. Maior SENSIBILIDADE, diminuindo ainda mais
a massa usada da amostra.espectro.
Magneto
Magneto1. Entrada de Nitrognio: completa 1 vez/semana. 2.
Entrada de hlio: completa a cada 2-8 meses. 3. Vcuo 4.
Supercondutor imerso em hlio lquido 5. Levantador de amostra e
spinner. 6. Tubo de amostra. 7. Shim 8. Cabea da sonda
Objetos afetados pelo campo magnticoO poderoso campo magntico
afeta cartes magnticos (cartes de crdito, CD, disquetes), implantes
metlicos (pinos ortopdicos, marcapassos, etc. Manter objetos
metlicos, relgios e celulares distantes. No mnimo 3 m: 500MHz No
mnimo 1,8 m: 300 MHz
Quench Perda da supercondutividade do magneto. A sala deve ser
completamente evacuada ao se observar sada dos gases criognicos.
Pode haver asfixia. Em condies normais de manuteno isto no
ocorre.
Sonda ou probeAceita a amostra Envia sinais de RF para a
amostra. Detecta sinais de RF emitidos pela amostra. Conexo a no
mnimo 3 canais: freqncia do 2H lock, freqncia 1H e freqncia de X
(13C, 15N). Gira a amostra ao longo do eixo z Controla
temperatura.
Sonda ou probeRotao Amostra
Gabinete do espectrmetroNo mnimo 3 canais de RF. Sintetizador:
seleciona a freqncia. Transmissor: transmite RF para a sonda ou
probel. Amplificador: amplifica o sinal. Conversor ADC: Converte
sinal analgico em digital e transmite ao computador. Controlador do
lock: regula a freqncia/campo.
Gabinete do espectrmetro
ComputadorComanda o equipamento, controla a programao de pulsos,
a aquisio de dados, capta e processa os sinais de RMN.
Preparao da amostra Escolha do solvente e da quantidade de
solvente. Pouco solvente torna difcil o lock e shimming. Escolha da
massa de amostra: RMN 1H: 1 a 40 mg (maiores concentraes, sinais
alargados) RMN 13C e 2D: Quanto mais melhor. 100 a 300 mg bom
espectro com nt = 128
Tubo de RMN e porta-amostra
Varian software: VNMRBotes de comando e linha de comando
Dg:
Comandos iniciais e [enter] ejeta a amostra i [enter] insere a
amostra jexpx escolhe a experincia [Main Menu] [Setup] [1H, CDCl3]
ou [ 13C, CDCl3] [Nucleus, solvent] Exemplo: [1H] [D2O]
Ajustes do equipamento: Lock: Funo: manter o campo magntico em
um valor constante durante o experimento. Monitora a freqncia do
deutrio do solvente e ajusta o campo mantendo esta freqncia
constante. Resultado: linhas mais estreitas.
Ajustes do equipamento: Lock: Lock power: controla a potncia do
lock Lock gain controla a amplificao do sinal recebido da
amostra
Lock Digite ou clique Acqi. Abre-se a janela a seguir. Clique em
lock.
Lock Lock on Clique spin on. Lockpower ajustar Clique lock off.
para 24 ou 28. Lockpower no mximo. Lockgain ajustar para 10 ou 20.
no Lockgain mximo. Clicar Z0 at o sinal estourar.
Ajustes do equipamento: Shimming Funo: corrigir diferenas do
campo magntico em diferentes pontos da amostra. timo shimming =
alta resoluo timo ajuste do shimming: tubos de boa qualidade, nvel
de amostra adequado e sem partculas. Shimming deve ser feito a cada
troca de amostra e a cada troca de sonda ou probe.
Shimming
Shimming Z1C ajuste grosso Z2C ajuste grosso Z1 ajuste fino Z2
ajuste fino [Close] nt=1 ga. Observa um sinal. Se no estiver bom,
ajusta: Z3 Z1 Z4 Z2
Uso do auto-shimming Espectrmetro de alto campo so mais difceis
de ajustar o shim. Aps shimming manual use o autoshimming: Adjuste
the lock phase Shim Z1C and Z2C, Adjuste the lock phase e ento
Z3.
Shimming
Bons ajustes de shimming
Ajustar Z1
Necessita ajustar Z2
Shimming
Obteno de espectro de RMN 1H Aps o lock e shimming. Digite:
nt=16 ga [enter] Digite: aph [enter] Para imprimir, digite: pl
pscale page
Obteno de espectro de RMN 13C Aps selecionar ncleo, solvente e
ajustar lock e shimming: Digite: time (60*X) [enter] onde X o nmero
de horas. d1= 2 (para amostras com carbonos quaternrios) ga [enter]
Digite; wft [enter] (para realizar transformada de Fourier a
qualquer tempo) Para imprimir digite: pl pscale page
Obteno de espectro de DEPT Faa um espectro de carbono com nt =16
para ajustar o pico do solvente. Mova o FID para outro experimento:
mf (x,y) Transforme o FID no exp y: digite jexpy [enter], wft
[enter] Digite: dept Digite: time (60*X) [enter] ga [enter]
Processando espectro DEPT Digite: ds(1) para mostrar o 1
espectro. Digite: dssa para mostrar os dois espectros.
Para imprimir, digite: pl(all) pscale ppa page
