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El misterio de la resonancia cuadrupolo nuclear: ¿cómo funciona en un campo magnético cero?
La espectroscopia de resonancia cuadrupolo nuclear (NQR) es una técnica de análisis químico relacionada con la resonancia magnética nuclear (RMN). A diferencia de la RMN, la técnica NQR puede detectar transiciones nucleares en ausencia de un campo magnético externo, por lo que a menudo se la denomina "RMN de campo cero". La aparición de resonancia cuadrupolo nuclear depende de la interacción entre el gradiente de campo eléctrico (EFG) y el momento cuadrupolo de la distribución de carga nuclear. Esta interacción hace que el NQR sea efectivo para analizar materiales sólidos, pero no para líquidos, donde el gradiente del campo eléctrico cerca del núcleo tiene un promedio de cero.
Principio
Cualquier núcleo con más de una partícula nuclear desapareada (como un protón o un neutrón) tendrá un momento cuadrupolar eléctrico, lo que hace que sus niveles de energía sean desiguales debido a la interacción entre la carga nuclear y la densidad de impurezas electrónicas. Cuando se aplica radiación electromagnética de radiofrecuencia al núcleo en un entorno sin campo magnético externo, la perturbación de la energía nuclear provocará la absorción del nivel de energía cuadrupolo. Esto permite que NQR caracterice diferentes transiciones de fase en materiales sólidos."La espectroscopia de resonancia cuadrupolo nuclear es extremadamente sensible para analizar los cambios estructurales químicos y las transiciones de fase en la materia".
Analogías entre NQR y NMR
En RMN, los núcleos con un espín rotacional igual o mayor a 1/2 producirán una división de energía debido al campo magnético externo, lo que dará como resultado una absorción por resonancia. En la NQR, los núcleos con espín rotacional igual o mayor que 1 (como 14N, 17O, etc.) tienen un momento cuadrupolar eléctrico, cuya existencia se debe a la forma no esférica de la distribución de carga nuclear. Por lo tanto, la tecnología NQR, si se realiza correctamente, puede proporcionar una huella química de una sustancia.
“El espectro NQR es una huella química única que revela diferencias minúsculas entre los materiales”.
Aplicaciones y potencial
La NQR permite explorar en profundidad la interacción entre el momento cuadrupolar nuclear y el gradiente del campo eléctrico alrededor del núcleo. Por lo tanto, la NQR muestra un excelente potencial de aplicación en el estudio de las características estructurales, los enlaces químicos y las transiciones de fase de los compuestos en estado sólido. Por ejemplo, en el campo farmacéutico, el 14N-NQR se ha aplicado con éxito para distinguir los enantiómeros en mezclas racémicas, como D-serina y L-serina. La D-serina se considera un biomarcador potencial de la enfermedad de Alzheimer, mientras que la L-serina ha demostrado potencial en el tratamiento de la esclerosis lateral.
Desafíos y avances técnicos
Sin embargo, aún persisten desafíos técnicos para NQR. Las principales limitaciones incluyen los grandes volúmenes de muestra requeridos y las bajas intensidades de señal. Además, la técnica NQR requiere que el núcleo tenga un momento cuadrupolo distinto de cero, que está limitado a núcleos con un número de espín mayor o igual a 1. La baja intensidad de la señal NQR requirió el uso de una gran cantidad de muestra en este estudio.
Perspectivas de futuro
Actualmente, equipos de investigación de todo el mundo están trabajando para encontrar aplicaciones para NQR en la detección de explosivos. El sistema de detección NQR consta de una fuente de alimentación de radiofrecuencia (RF), una bobina que genera un campo magnético y un circuito de detección que puede detectar la reacción NQR de los componentes explosivos del objeto que se está probando. Aunque algunos dispositivos falsificados afirman utilizar tecnología NQR, aún generan mucha preocupación porque en realidad no pueden lograr las funciones que prometen.
“NQR también muestra un gran potencial en aplicaciones petroleras, permitiendo el cálculo en tiempo real de la capacidad restante de un pozo petrolero y la proporción de agua, gas y petróleo durante el proceso de extracción”.
Con el avance de la tecnología y el desarrollo de diversos proyectos de investigación, los escenarios de aplicación de NQR continuarán expandiéndose. Esta tecnología no sólo demuestra su valor en la investigación científica, sino que también puede tener un profundo impacto en nuestro medio ambiente y en nuestra salud en nuestra vida diaria. ¿Podrán las personas hacer un mejor uso de esta tecnología para abrir un nuevo capítulo en la resonancia cuadrupolo nuclear?
