Che cos'è la risonanza magnetica nucleare?
Tutti i nuclei magnetici possiedono una proprietà chiamata risonanza magnetica nucleare, o NMR, quando si trovano all'interno di un campo magnetico e quando sono soddisfatte determinate altre condizioni. Una gamma di diversi tipi di tecnologia è stata sviluppata secondo questi principi. Questi includono vari tipi di imaging medico e spettroscopia.
La risonanza magnetica nucleare dipende dal fatto che quando un impulso elettromagnetico oscillante viene applicato ai nuclei all'interno di un campo magnetico, i singoli nuclei assorbono energia e quindi rilasciano quell'energia in schemi specifici. Il modello di assorbimento e rilascio di energia dipende dalla forza del campo magnetico e da alcune altre variabili. Esaminando questi schemi, i fisici sono in grado di studiare le proprietà meccaniche quantistiche dei nuclei atomici. I chimici possono utilizzare la tecnologia NMR per esplorare la composizione chimica e strutturale dei campioni e, in medicina, la tecnologia di risonanza magnetica nucleare è la base di un tipo spesso utilizzato di apparecchiature di imaging medico.
Tutta la tecnologia NMR si basa anche su una proprietà chiamata spin . Nel determinare se un dato nucleo atomico ha rotazione, viene conteggiato il numero di nucleoni nell'atomo. Il nucleone è il nome collettivo dato a protoni e neutroni. Se il numero di protoni e neutroni in un nucleo è un numero dispari, la quantità di spin dei nuclei è maggiore di zero. Si dice quindi che quel nucleo possiede la proprietà di spin. Qualsiasi nucleo che possiede spin può essere esaminato usando la tecnologia NMR.
Nella spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, una macchina chiamata spettrometro di risonanza magnetica nucleare viene utilizzata per ottenere informazioni sul tipo, il numero e la disposizione dei nuclei all'interno di un dato campione. L'analisi di uno spettro NMR da parte di un chimico, ad esempio, può fornire informazioni sui diversi tipi di sostanze chimiche presenti all'interno di un campione, nonché sulla struttura delle diverse molecole presenti. La spettroscopia NMR, ad esempio, è stata fondamentale per comprendere come sono strutturati gli acidi nucleici e le proteine e fornisce anche indizi sul funzionamento di queste molecole.
La base della risonanza magnetica nucleare si basa sul fatto che la frequenza di risonanza di diverse molecole è proporzionale alla forza del campo magnetico che viene applicato a esse. Quando un campione viene posizionato all'interno di un campo magnetico oscillante, le frequenze di risonanza dei nuclei all'interno del campione variano a seconda di dove si trovano all'interno di quel campo. Queste variazioni possono quindi essere utilizzate per creare un'immagine del campione stesso.
In medicina, questa tecnica è comunemente nota come risonanza magnetica o risonanza magnetica. Questa apparecchiatura per imaging medico utilizza campi magnetici per allineare gli atomi di idrogeno presenti nell'acqua. Poiché il corpo umano contiene una grande percentuale di acqua, l'allineamento degli atomi di idrogeno in questo modo produce informazioni sufficienti per costruire un quadro della struttura interna del corpo. Il possesso di spin è un concetto importante in questa tecnologia. Questo perché gli atomi di idrogeno, che hanno rotazione, rispondono in modo diverso ai campi magnetici a seconda degli altri tipi di molecole a cui sono legati e persino dei tipi di molecole a cui sono posizionati vicino.
La tecnologia NMR ha molte altre applicazioni teoriche e pratiche. Le industrie petrolifere e del gas naturale usano la tecnologia NMR per aiutare nell'esplorazione della roccia terrestre per localizzare i depositi di questi combustibili. Uno degli usi più significativi della tecnologia NMR nell'esame dei campioni è che viene fatto senza distruggere il campione. Ciò significa che è possibile eseguire test NMR su campioni delicati o pericolosi con un rischio molto ridotto.