Gradientes de campo y pulsos de radiofrecuencia (RF) 

Los gradientes de campo magnético,  , consisten en la variación controlada de  la  intensidad  del  campo  magnético  principal  ,  haciéndolo  espacialmente  no  homogéneo en una coordenada específica, durante un periodo de tiempo  , que  suele ser del orden de los milisegundos.  

Los  gradientes  son  generados  mediante  un  flujo  de  corriente  a  lo  largo  de  una  bobina independiente a la que origina el campo magnético principal. Si el flujo de  esta corriente cambia de dirección, se dice que el gradiente cambia de signo. Su  fuerza  se  expresa  en  unidades  de  campo  magnético  por  unidades  de  longitud,  por ejemplo Gauss por centímetro (Gcm‐1) o Tesla por metro (Tm‐1). 

El  propósito  de  un  gradiente  de  campo  es  conseguir  que  la  frecuencia  de  precesión o de Larmor ( ) de cada núcleo dependa de la posición que ocupa en  la muestra. Así, a lo largo de la dirección del gradiente, por ejemplo el eje  ̂, la  muestra  será  sometida  a  un  campo  magnético  de  intensidad  diferente en  cada  punto  .54 Con ello se genera una distribución espacial de frecuencias.  54  Formalmente un gradiente de campo magnético,  , es un campo adicional que se suma al principal,  .  Por tanto, el campo magnético resultante   es la suma de ambos según la siguiente relación:  . 

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Figura II.17. Efecto de un gradiente de campo sobre una muestra. Al aplicar un gradiente  ̂ , el  campo  magnético  principal    se  hace  inhomogéneo,  pues  quien  actúa  realmente  es  .  Ello  conduce a que la frecuencia de Larmor ( ) de los espines se haga dependiente de la posición ( ̂)  dentro del tubo. En la figura   es la longitud de la muestra. 

Por  otra  parte,  tal  y  como  se  ha  comentado  anteriormente,  los  pulsos  de 

radiofrecuencia  (RF)  son  emisiones  temporales  de  ondas  de  radio.  Cuando 

poseen  los  valores  adecuados  de  potencia,  duración  (longitud  del  pulso,  )  y  frecuencia  de  oscilación,55  ,  se  produce  la  resonancia  con  la  frecuencia  de  Larmor,  , de la magnetización resultante de la muestra estudiada. Es decir que  estos pulsos logran que la magnetización se desplace al plano transversal, ( ),  donde puede ser detectada. 

En  la  RMN  de  manera  generalizada  se  emplean  pulsos  de  RF  duros  o  no‐

selectivos,  los  cuales  poseen  una  frecuencia    determinada,  una  fase  fija,  además  de  potencias  elevadas  y  corta  duración.  Estos  pulsos  suelen  ser  adecuados para excitar un rango amplio de frecuencias de resonancia a la vez. 

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 La frecuencia del pulso   es la frecuencia de oscilación de la RF, también conocida como frecuencia del  transmisor o portadora. Su frecuencia angular se denomina  . Generalmente coincide con el centro de la  ventana  espectral  que  se  quiere  estudiar  y  con  la  señal  de  referencia  utilizada  en  la  detección  por  el  receptor. 

37 En los espectrómetros modernos, es posible modular la amplitud y la frecuencia  (o  la  fase)  de  los  pulsos  de  RF.  Por  tanto,  es  posible  diseñar  pulsos  blandos  o 

selectivos, los cuales son de larga duración y poseen bajas potencias, lo que hace 

que  sean  efectivos  en  un  intervalo  muy  limitado  de  frecuencias.  Así,  sólo  se  excitarán  los  espines  correspondientes  a  una  señal  en  el  espectro  con  una  determinada  frecuencia  de  Larmor,  o  bien,  una  región  específica  de  la  ventana  espectral.  

Estos pulsos de RF, duros o blandos, poseen una frecuencia del pulso constante,  ,  y  su  tiempo  de  aplicación  o  longitud,  ,  es  inversamente  proporcional  al  rango  de  frecuencias  excitadas.  Sin  embargo,  también  existen  pulsos  de  RF 

adiabáticos los cuales poseen una frecuencia, que varía con el tiempo a lo largo 

del pulso,  .56 

Existen diferentes tipos de pulsos de RF adiabáticos y entre ellos se encuentran  los  pulsos  chirp,57,58  los  cuales  tienen  un  uso  bastante  extendido  dentro  de  la  RMN  de  alta  resolución.  El  objetivo  de  este  pulso  es  barrer  un  rango  de  frecuencias a una velocidad adecuada durante su tiempo de aplicación. De esta  forma, a un cierto tiempo  , el pulso chirp solo afectará a aquellos espines con  una frecuencia de resonancia o de Larmor igual a   y por tanto, solamente  será  la  magnetización  de  este  grupo  de  espines  la  que  se  desplace  al  plano  transversal  ( ).  Allí  continuará  precesionando  libremente,  hasta  el  final  del  pulso de RF.  

Así, un pulso chirp que posee un barrido de frecuencias lineal, afectará a todas  las  frecuencias  desde  Oi  hasta  Of.  Estos  pulsos  se  definen  por  la  amplitud  de 

dicho barrido de frecuencias, que suelen ser decenas de KHz, por la longitud del  pulso, que oscila en el orden de los milisegundos y por su amplitud máxima.   Si los gradientes de campo magnético y los pulsos de RF son aplicados de manera  secuencial  o  de  forma  simultánea,  se  obtendrán  diferentes  efectos  en  la  evolución  de  las  magnetizaciones  de  la  muestra.  En  la  Figura  II.18  se  puede  observar el efecto de la aplicación secuencial de un pulso excitación de 90˚ y un  56  Garwood, M.; DelaBarre, L. J. Magn. Reson., 2001, 153, 155‐177.  57  Bohlen, J.M.; Bodenhausen, G. J. Magn. Reson. (A), 1993, 102, 293‐301. 58  Dentro del contexto de las ondas electromagnéticas, el término chirp se refiere a la variación temporal de  la  frecuencia  que  se  puede  introducir  en  un  pulso,  similar  a  la  variación  del  tono  (de  grave  a  agudo  o  viceversa) que se produce en el canto de los pájaros.  

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gradiente  ̂ . Como consecuencia, las magnetizaciones se reordenan a lo largo  de la muestra, formando una espiral.  

Esto es debido a que tras el pulso duro de excitación, los espines, inicialmente en  equilibrio  térmico  a  lo  largo  del  eje  ̂,  son  desplazados  al  plano  .  Posteriormente,  la  presencia  del  gradiente  de  campo  hará  que  los  espines  de  cada  punto  en  la  muestra  evolucionen  con  una  frecuencia  de  Larmor  característica.  Es  decir,  la  hélice  es  producto  de  la  evolución  de  los  espines  durante un intervalo de tiempo  , con una frecuencia diferente dependiendo de  la coordenada  ̂. Se ha producido un desfase de la señal total.  

Figura  II.18.  Efecto  de  un  gradiente  de  campo  magnético  sobre  una  muestra.  Los  espines  inicialmente en equilibrio y alineados con el campo externo, son excitados por un pulso de 90˚ y  posteriormente es aplicado un gradiente  ̂ . Las magnetizaciones se ubicarán en el plano    abandonando  su  estado  de  equilibrio.  En  esta  figura  no  se  ha  tenido  en  cuenta  el  efecto  del  desplazamiento químico. 

Cuando  los  gradientes  de  campo  magnético  se  aplican  de  manera  simultánea  tanto con pulsos de RF selectivos, como con pulsos chirp, se consigue el efecto  de codificación espacial necesario para la adquisición de los experimentos de UF‐ NMR, tal y como veremos en el siguiente apartado.