La spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (nota con l’acronimo NMR, Nuclear Magnetic Resonance) è una tecnica analitica non distruttiva e non invasiva ampiamente utilizzata per identificare la struttura molecolare e la composizione chimica di un campione. Si basa sull’analisi del comportamento degli spin di alcuni specifici nuclei presenti nel campione quando esso è sottoposto all’effetto di un forte campo magnetico. Tali nuclei sono in grado di assorbire determinate radiofrequenze quando si trovano in “risonanza”, ovvero quando la loro frequenza di precessione (rotazione) coincide con quella esterna delle onde a radiofrequenza che interagiscono con essi. L’energia che viene assorbita promuove una transizione di spin dei nuclei tra livelli energetici discreti. L’energia riemessa dal decadimento dallo stato eccitato ai livelli energetici inferiori viene rilevata e riportata sullo spettro NMR risultante.
Uno spettro NMR è un grafico in cui viene riportato l’assorbimento in funzione della radiofrequenza applicata. È possibile determinare la struttura molecolare in base alla posizione del picco che ogni nucleo occupa nello spettro che è condizionata da diversi effetti, tra cui la densità elettronica intorno al nucleo che ne influenza lo spostamento chimico (chemical shift), la prossimità di un atomo elettronegativo, che causa un effetto di ‘deschermatura’ e lo spin dei nuclei vicini che può causare la molteplicità (splitting) del segnale NMR; quest’ultimo fenomeno è noto come “accoppiamento spin-spin”.
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Le applicazioni della spettroscopia NMR sono molteplici e trovano spazio sia nella ricerca e sviluppo che nell’industria. Ad esempio:
- in chimica trova vasto impiego nelle analisi qualitative e quantitative per monitorare reazioni, identificare strutture molecolari e valutare la purezza di un campione
- in biologia per lo studio di macromolecole e dei processi metabolici.
- in ambito farmaceutico per determinare la purezza e la quantità di principi attivi ed eccipienti
- nel campo dei polimeri per identificarne la struttura e i rapporti tra monomeri
- nell’industria del petrolio per caratterizzare gli idrocarburi grezzi e i prodotti finiti
Grandi quantità di informazioni riguardo macromolecole, ad esempio in ambito biologico, possono essere inoltre ottenute grazie alle tecniche a impulso multiplo e multidimensionale che permettono di risolvere spettri complessi.
