1.10: Efectos de relajación en las señales de RMN

Se debe enfatizar que la relajación comienza tan pronto como los núcleos absorben energía del vector de campo giratorio. Obviamente, si T1 y T2 son ambos extremadamente cortos, la intensidad de la señal a un valor de campo dado será muy pequeña porque tanto la relajación longitudinal como la transversal destruyen el componente de magnetización en las direcciones X, Y. Por otro lado, si los tiempos de relajación son largos, se notan otros efectos. Por ejemplo, si _T1 es muy largo, se puede notar un efecto de “saturación” con respecto a la intensidad de la señal debido a que la energía absorbida por los núcleos del oscilador no se disipa fácilmente al entorno. En esta situación, los núcleos alcanzan una distribución de equilibrio entre sus estados cuánticos magnéticos la cual está determinada por el tiempo de relajación _T1. Cuando T ₁ es corto, los núcleos permanecen más o menos en equilibrio térmico con su entorno y la absorción de energía entonces depende principalmente de T ₂.

Debe quedar claro que si de repente se apagara el oscilador en medio de una señal de resonancia, la señal no cesaría de inmediato debido a que la tasa de pérdida de magnetización en las direcciones X, Y depende tanto de T ₁ como de T ₂. Este tipo de efecto conduce a diferencias pronunciadas en la aparición de las señales de RMN, dependiendo de la velocidad de barrido, como se ilustra en las Fig. 1-8. Un barrido rápido produce un pico de señal seguido de una sucesión de picos decrecientes, que a menudo se llaman “meneos de relajación”. Un barrido lento da un pico más simétrico con quizás solo un rastro de los meneos de relajación. El “sobre” de los meneos de relajación surge de la siguiente manera. El primer pico de una gráfica de señal vs. campo magnético representa el punto en el que la frecuencia de precesión de los núcleos es igual a la frecuencia del oscilador. A medida que el barrido de campo continúa a partir de este punto, la frecuencia de precesión aumenta y, por lo tanto, la resultante macroscópica de precesión sale de fase con el oscilador mientras que la magnetización X, Y disminuye por relajación longitudinal y transversal. Siempre que el vector macroscópico de precesión gana 360" en el vector de campo giratorio, vuelve a entrar en fase con ese vector y capta un incremento de magnetización X, Y que produce un aumento en la intensidad de la señal. Las repeticiones de este proceso dan una serie de pulsaciones de señal que finalmente cesan cuando se completa la relajación transversal. Obviamente, la pendiente de la envolvente de decaimiento de los meneos de relajación ⁴ es una medida de T ₂. Se ha demostrado por comparación de las envolturas de decaimiento de sus ondulaciones de relajación que los hidrógenos en diferentes ambientes químicos (como los grupos metilo y fenilo del tolueno) tienen valores T ₂ muy diferentes.

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4 G. W. Nederbrogt y C. A. Reilly, J. Chem. Phys., 24, 1110 (1956); C. A. Reilly y R. L. Strombotne, J. Chem. Phys., 26, 1338 (1957).