LOS ISÓTOPOS, SU ABUNDANCIA Y SUS PROPIEDADES MAGNÉTICAS
Los isótopos de los elementos que tienen un número impar de protones y/o neutrones tienen momento magnético y son activos en RMN.
Para un isótopo, “ser activo en RMN” significa que sus núcleos sufren un movimiento de giro sobre sí mismos, o de “precesión”, cuando se introducen en un campo magnético.
La frecuencia del movimiento de “precesión” es proporcional a la fortaleza del campo magnético y a una constante propia de cada isótopo, denominada “constante giromagnética”.
Por tanto, para un campo magnético de una potencia dada, los núcleos de cada isótopo tendrán un movimiento de “precesión” a una frecuencia propia y diferente de los demás isótopos, en el rango de los MHz.
La interacción de una onda de radio externa de exactamente la misma frecuencia de precesión de los núcleos de un isótopo produce la resonancia de éste y la producción del correspondiente espectro de RMN. La tabla muestra valores de la constante giromagnética “?” de algunos isótopos. El signo marca el sentido de giro del movimiento de precesión, a favor o en contra de las agujas de reloj.
Por ejemplo, en un campo magnético de 1.8 Tesla, los núcleos de protón, es decir, del isótopo de hidrógeno más ligero (1H), se observa que tienen un movimiento de precesión de 80 MHz y, por tanto, resuenan cuando interaccionan con una radiofrecuencia de exactamente 80 MHz.
Sin embargo, en ese mismo campo magnético, el isótopo 13C resuena a una frecuencia proporcional al cociente
“gamma” 13C / "gamma" 1H = 68.283 / 267.513 = 0.256, es decir, a una frecuencia de 80 · 0.256 = 20.42 MHz.
Los isótopos resuenan a frecuencias diferentes, pero en este punto es conveniente hacerse la pregunta siguiente:
¿es la intensidad de respuesta igual para todos los núcleos?
O planteado de otra manera más práctica, supongamos que tenemos un mol de hidrógeno y un mol de carbono,
¿obtendremos señales de igual intensidad en los espectros de 1H y 13C?
La respuesta es NO y se debe a dos razones.
En primer lugar, la abundancia natural del isótopo 1H en un mol de hidrógeno es del 99.99%, mientras que la de 13C en un mol de carbono es tan sólo del 1.1%.
Por tanto, desde este punto de vista, la señal de 1H será unas 110 veces más intensa que la de 13C o, de otro modo, la señal de 13C será unas 110 veces MÁS DIFÍCIL de detectar que la de 1H.
Pero es que, además, la intensidad de la señal depende del cubo de la constante giromagnética.
Si comparásemos 1H (gamma^3 = 19.1·10^6) y 13C (gamma^3 = 0.3·10^6) la señal de este último es aproximadamente 64 veces MENOS intensa que la de 1H.
Teniendo en cuenta ambos factores, la abundancia natural y el cubo de la constante, el 13C es MÁS DIFÍCIL de detectar que el 1H por algo más de 7,000 veces.
Dicho de otra modo, la sensibilidad de la detección en RMN de un núcleo de 13C es algo más de 7,000 veces más baja que la de 1H.
Eso implica que la obtención de un espectro RMN de 13C, en comparación de uno de 1H, requerirá más cantidad de muestra y/o más tiempo de medida.
A pesar de ello, los espectros de 13C se obtienen con relativa facilidad en los espectrómetros modernos. En alguno de los capítulos y secciones siguientes veremos cómo.
