Estudio Del Aceite De Oliva Mediante RMN

Espectroscopia de resonancia magnética nuclear

Esta técnica espectroscópica está basada en el fenómeno de resonancia magnética nuclear (RMN) descubierta simultáneamente por 2 grupos de investigadores dirigidos por Bloch y Purcell en 1945, quienes recibieron el premio Nobel de física en 1952 por su hallazgo.

La Resonancia Magnética Nuclear es un método químico-físico basado en las propiedades magnéticas de los núcleos atómicos. Muchos núcleos se comportan como pequeños imanes, generando un débil campo magnético. La ubicación de dichos núcleos en una zona donde se halla presente un campo magnético intenso (B0), hace que los estados que difieren en la orientación de los momentos magnéticos nucleares posean diferente energía. La irradiación del sistema con una radiofrecuencia adecuada produce transiciones entre dichos niveles energéticos que se detecta como una débil señal de absorción.

La RMN se ha desarrollado como un poderoso método de análisis en Química, ya que hoy en día es la técnica más importante utilizada para determinar estructuras moleculares, además de poderse emplear con fines cuantitativos.

Resonancia magnética nuclear cuantitativa (qRMN)

La espectroscopia de RMN es una espectroscopia cuantitativa porque la intensidad de la señal de resonancia I_x (área de la señal) es directamente proporcional al número de núcleos N_x que dan lugar a la señal.

I_x= k_(s )× N_x

Ecuación 1.

donde k_(s ) es una constante que resulta del espectrómetro y de la muestra. La precisión de la cuantificación depende de la relación señal/ruido del espectro, de la calidad de los shims (parámetros de ajuste del campo magnético del aparato) y de la corrección de la línea base.

El requisito para una medida cuantitativa es que k_(s )permanezca constante en todas las señales del espectro. Por lo que para asegurar esto deben cumplirse los siguientes criterios:

1) El pulso debe ser uniforme para toda la anchura espectral (sw), lo que requiere tiempos de pulsos cortos (sobre 10 µs). En este caso, los espectros de protón pueden adquirirse de forma cuantitativa. Sin embargo, los espectros de núcleos pesados (19F, 31P etc.) con mayor rango de desplazamiento químico pueden sufrir una distorsión de intensidad.

2) El tiempo de espera entre pulsos, τ depende del tiempo de relajación longitudinal T1 más largo de todas las señales de interés. El tiempo de relajación T1 se describe por:

M_z = M_0 (1-e^((-τ)/T_1 ))

Ecuación 2.

Donde M_z y M_0 son la magnetización a lo largo del eje Z después del tiempo τ y en el equilibrio térmico, respectivamente. Generalmente, las medidas se realizan con un τ=5xT1, lo que permite medir un 99.3% de la magnetización en equilibrio (señal). Para núcleos con valores de T1 muy largos, por ejemplo, 13C, 29Si, 31P etc., se pueden añadir reactivos de relajación paramagnética como acetilacetonato de cromo (III) [Cr(acac)3] con objeto de reducir los tiempos de relajación.

3) Los experimentos de RMN heteronucleares de núcleos X (13C, 19F,…) con desacoplamiento de banda ancha de 1H causan distorsión en la intensidad por el denominado efecto NOE (nuclear Overhauser effect). Este efecto NOE afecta a la constante del aparato ks según esta relación:

k_s=k_0 (1+ η) [((1- e^(τ/T_1 ) ))/(1-cos⁡〖α 〗 e^(τ/T_1 ) )] sen α

Ecuación 3.

Donde k_0 es una constante instrumental, η es el efecto NOE y α es el ángulo del pulso de excitación. Para suprimir las posibles distorsiones de la intensidad por debajo del 1% se realizan las siguientes consideraciones:

a) El desacoplamiento de protón se aplica solo durante el tiempo de adquisición de la señal para minimizar η,

b) El tiempo de espera τ debe ser fijado de 5 a 7xT1, y

c) Se debe utilizar un pulso de 90o.

La cuantificación puede llevarse a cabo utilizando un método relativo. La determinación de las relaciones molares es el camino más fácil para obtener resultados cuantitativos por RMN. La relación molar n_x/n_y de dos compuestos X e Y se puede calcular fácilmente por esta fórmula:

n_x/n_y =I_x/I_y N_y/N_x

Ecuación 4.

En esta relación k_s se elimina, ya que para los requisitos anteriormente descritos, esta sería constante para todas las señales de resonancia del espectro. Por lo que el % molar de un compuesto x en una mezcla de m componentes vendrá dado por la siguiente relación:

% x (wt)=(I_x⁄N_x )/(∑_(i-1)^m▒I_i⁄N_i )×100

Ecuación 5.

Independientemente de la señal del disolvente en el que está disuelta la mezcla.

Además, la RMN cuantitativa es el método más importante para la cuantificación de las relaciones molares de isómeros, diastereoisómeros y enantiómeros, debido a su excelente selectividad para el análisis estructural, junto con el fácil y rápido método de cuantificación. Incluso no requiere conocer el peso molecular de los componentes. Se debe indicar, que los enantiómeros, aunque tienen espectros idénticos, pueden diferenciarse también por RMN, si se utilizan disolventes quirales o agentes complejantes.

Además la RMN cuantitativa permite determinar la concentración de las muestras en valores absolutos. Para ello, la cantidad de un determinado componente X se puede calcular directamente del espectro de RMN utilizando un compuesto estándar Std.

m=I/I_std ×〖 n〗_std×M

Ecuación 6.

donde I e I_std son las integrales del componente que queremos cuantificar y del componente estándar, respectivamente; 〖 n〗_std son los moles del componente estándar, mientras que M y m son, respectivamente el peso molecular, y la masa del componente a cuantificar.

El uso de un compuesto estándar interno es el método más común, pero para eliminar la posibilidad de contaminación de la muestra, se debe utilizar un estándar externo. Esto puede conseguirse introduciendo un capilar con la disolución del compuesto estándar. En ambos casos el analito o componente y el estándar deben disolverse en el mismo disolvente y sus volúmenes deben estar calibrados previamente. El método de adición estándar es una tercera posibilidad de determinar valores absolutos.

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