RMN

Prévia do material em texto

RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR
Laís Fernanda Batista1 (70376), Tarsila Rodrigues Arruda1 (104256), Mariah Nascimento von paumgartten2 (98911), Samiris Côcco Teixeira2 (101418), Elson Santiago de Alvarenga³ Deusanilde de Jesus Silva4
¹Doutorandas do Programa de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos; 
²Mestrandas do Programa de pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos;
3Professor do Departamento de Engenharia Química – UFV, professor da técnica;
4Professora do Departamento de Engenharia Química - UFV, coordenadora da disciplina.
Resumo
A ressonância magnética nuclear é um método espectroscópico que se baseia na absorção e emissão da radiação eletromagnética ao ser incidida no núcleo atômico, permitindo a exploração das propriedades físico-químicas do composto estudado, como todas as formas de espectroscopia, trata-se da interação da radiação eletromagnética com a matéria. A ressonância magnética nuclear (RMN) encontra inúmeras aplicações em Física, Química, Engenharia e Medicina. É utilizada sobretudo na análise de composição e estrutura de materiais, tanto sólidos quanto líquidos, e na realização de imagens tomográficas, na área médica, sem a necessidade de submeter o paciente a qualquer tipo de radiação ionizante
Palavras-chave: ressonância magnética nuclear; espectroscopia; estrutura de materiais; imagens tomográficas.
Introdução
A espectroscopia por ressonância magnética nuclear (RMN) é uma técnica multifacetada e versátil, que pode ser aplicada a materiais líquidos e/ou sólidos. O emprego desta técnica pode ser associado tanto à elucidação estrutural de substâncias, como ao estudo de processos dinâmicos, sendo válido para qualquer elemento, cujo spin seja diferente de zero1. Por tais características, a RMN é considerada uma ferramenta valiosa para diversas áreas, tais como Física, Química, Biotecnologia, Farmácia, Medicina e Ciência dos Alimentos2, 3-4.
A RMN leva em consideração as propriedades magnéticas dos núcleos atômicos, distribuídos em vários níveis de energia definidos pela orientação de seus momentos magnéticos, respeitando um campo magnético externo5. Seu estudo teve início no final da Segunda Guerra Mundial, sendo constantemente aprimorada ao longo dos anos, evidenciando diferentes especialidades e se apresentando bastante útil na caracterização de diferentes materiais5, 6. Diante do mencionado, o objetivo do presente trabalho foi fazer uma breve abordagem sobre a técnica de RMN, discorrendo sobre seus princípios e pontuando algumas de suas aplicações. 
Princípios 	
A ressonância magnética nuclear (RMN) é uma técnica avaliada por meio da emissão de radiofrequência, excitando os núcleos de certos elementos que emitem um sinal que é captado e convertido em imagem, sendo possível determinar as estruturas presentes nas amostras a partir da análise dos espectros7, 8. Ela utiliza uma região de baixa energia do espectro capaz de promover a transição do spin nuclear, que é encontrado em elementos cujo número atômico é ímpar ou possui massa ímpar de prótons (1H, 21P) ou nêutrons (13C), núcleos com número par não apresentam tal propriedade9, 10. Quando os núcleos são alinhados com o campo magnético estes são induzidos a absorver energia e a mudar a orientação de spin em relação ao campo aplicado. A diferença de energia entre dois estados de spin é dependente da força de campo magnético aplicado11. 
A transição nuclear de spin é analogamente comparada ao movimento executado por um pião, onde ocorre o fenômeno de precessão, que é a mudança na rotação de um corpo sobre seu próprio eixo. A mudança na direção de um próton, por exemplo, ocorre quando este absorve energia em função de aplicação de um campo magnético enquanto este gira (Figura 1)12, 13. 
Figura 1. a) Um pião mudando de direção no campo gravitacional da Terra b) a precessão de um núcleo girando, resultado da influência de um campo magnético. Fonte: MLYNÁRIK (2017).
Assim um esquema simples do funcionamento de um equipamento RMN é apresentado a seguir (Figura 2), onde a técnica tem como princípio a geração de um campo magnético que deve ser constante por todo a amostra e ao longo da análise, por um eletroímã, a radiofrequência é então transmitida (perpendicularmente ao campo elétrico), para a amostra que está presa a um suporte normalmente colocada dentro de um tubo de vidro que é rotacionado. Em seguida um sistema amplifica o sinal gerando uma imagem a ser interpretada (espectro)8.
Figura 2. Estrutura simplificada de um aparato de RMN. Fonte: Karunakaran, Rajkumar e Balamurugan, (2018). 
A análise de RMN pode ser aplicada na avaliação da composição de diferentes materiais, sejam eles sólidos ou líquidos, bem como a determinação de estruturas geométricas de moléculas biológicas, proteínas entre outras sendo uma feramenta bastante robusta com grande aplicabilidade em diferente áreas, além do fato de tratar de uma análise não destrutiva, é uma das vantagens de sua utilização14, 15.
Aplicações
A Ressonância Magnética Nuclear vem ganhando espaço nas mais diversas áreas de pesquisa e desenvolvimento científico, tendo aplicabilidade em vários âmbitos, desde a análise de materiais a produtos alimentícios. Ela apresenta algumas vantagens quando comparadas a outras metodologias, como: não há a necessidade de preparação da amostra, procedimentos de medição simples e rápidos, estabilidade do equipamento, procedimento não invasivo, menor consumo de solventes orgânicos e potencial de análise dos produtos dentro da embalagem16. Abaixo será destacada algumas aplicações que englobam a ciência e tecnologia de alimentos.
Na matriz alimentar queijo, por exemplo, essa técnica pode ser utilizada para determinar a quantidade de água livre e/ou adsorvida e a água estrutural ligada a proteínas. Além disso, constituintes de sorvete, como gordura, proteínas e emulsificantes podem ser discriminados por meio da RMN, possibilitando também o conhecimento da proporção de cada componente. Outrossim, existem também a possibilidade de monitorar as mudanças ocorridas após a produção, como modificações na estrutura cristalina com intuito de maximizar a qualidade do produto17.
Esse método também foi empregado por identificar os principais componentes antioxidantes que contribuem para a estabilidade oxidativa de cerveja e quantificar a presença de diferentes açúcares18, 19. 
Contudo em sua grande maioria as aplicações de RMN em ciência de alimentos estão relacionadas à autenticidade dos produtos alimentícios20. O estudo da adulteração foi aplicado para identificar inserção de banhas inferiores, como a de porco em manteiga21. Além disso, a RMN é vastamente aplicada para indicar alterações em café, já que por ser uma bebida apreciada no mundo todo e por ter alto valor econômico agregado, as fraudes ocorrem comumente22, 23. A tabela 1 apresenta algumas das diversas aplicações da referida técnica.
Tabela 1. Principais aplicações de RMN em alimentos.
	Alimentos
	Aplicação
	Referência
	Maça
	Determinação do perfil metabólico
	(TOMITA et al., 2015)
	Canela
	Distinção de espécies
	(ZHANG et al., 2018)
	Azeite de oliva
	Quantificação de ácidos graxos
	(MERCHAK et al., 2018)
	Vinho
	Análise de oxidação
	(PINTO et al., 2018)
	Carne
	Predição de parâmetros de cores juntamente com a quimiometria
	(MOREIRA et al., 2016)
	
	
	
	
	Chá verde e queijo
	Interações das catequinas do chá verde com gorduras de queijo
	(RASHIDINEJAD et al., 2017)
	
Fonte: Próprio autor.
Em síntese, a RMN pode ser uma metodologia eficaz para prover informações sobre a composição e estrutura de várias classes de alimentos. Trata-se de uma técnica não invasiva e que permite respostas rápidas, tornando-se assim uma ferramenta excelente para avaliação de diversos produtos16. 
Considerações finais
Dado exposto, a tecnica de RMN demonstra ser uma relevante ferramenta na caracterização de compostos orgânicos, além de ser possivel aplica-la em diversas áreas do conhecimento científico. 
Referências
[1] HATZAKIS, E. Nuclear Magnetic Resonance (NMR) Spectroscopy in Food Science: AComprehensive Review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, v. 18, n. 1, p. 189–220, 2019.	 
[2] KISS, R.; FIZIL, Á.; SZÁNTAY, C. What NMR can do in the biopharmaceutical industry. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, v. 147, p. 367–377, 2018. 
[3] PARENTE, E. Description and identification. [s.l.] Elsevier, 2013. 	 
[4] SOBOLEV, A. P. et al. Use of NMR applications to tackle future food fraud issues. Trends in Food Science and Technology, v. 91, p. 347–353, 2019. 	 
[5] DAIS, P.; SPYROS, A. Nuclear Magnetic Resonance. [s.l.] Elsevier Inc., 2012.	 
[6] MARION, D. An introduction to biological NMR spectroscopy. Molecular and Cellular Proteomics, v. 12, n. 11, p. 3006–3025, 2013. 	 
[7] CRISTINA, M; NUNES, F.; HAGE, S. IWASAKI, M. . Imagem por ressonância magnética : princípios básicos. p. 1287–1295, 2009.	 
 [8] KARUNAKARAN, C.; RAJKUMAR, R.; BALAMURUGAN, M. Principles of Nuclear Magnetic Resonance and Pulsed Nuclear Magnetic Resonance. Spin Resonance Spectroscopy. Elsevier Inc., p. 1–47, 2018. 	 
[9] MARIETTE, F.; TERE, U. R. Nuclear Magnetic Resonance : Principles. p. 153–168, 2011.	 
[10] XU, L. et al. Application of nuclear magnetic resonance technology to carbon capture , utilization and storage : A review. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, v. 11, p. 892–908, 2019.
[11] HATZAKIS, E. Nuclear Magnetic Resonance ( NMR ) Spectroscopy in Food Science : A Comprehensive Review. v. 00, p. 1–32, 2018.	 
[12] MLYNÁRIK, V. Analytical Biochemistry. Analytical Biochemistry, v. 529, p. 4–9
[13] PAVIA, D. L. et al. Espectroscopia de ressonância magnética nuclear. 4a. ed., p. 101–167, 2011.	
[14] DIEGUEZ, C. M. T.; MONTANHEIRO, L.V.; CLETO, L. B.; BOMFIM, M. J. C.; DARTORA, C. A. Os fundamentos quânticos da Ressonância Magnética Nuclear. v. 40, p. 1–9, 2018.	 
[15] WRACHTRUP, J.; FINKLER, A. Single spin magnetic resonance. Journal of Magnetic Resonance, v. 269, p. 225–236, 2016.	
[16] HATZAKIS, E. Nuclear Magnetic Resonance (NMR) Spectroscopy in Food Science: A Comprehensive Review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, v. 18, n. 1, p. 189–220, jan. 2019. 	
[17] KIRTIL, E.; OZTOP, M. H. Controlled and Modified Atmosphere Packaging. In: Reference Module in Food Science. [s.l.] Elsevier, 2016.
[18] SPRENG, S.; HOFMANN, T. Activity-Guided Identification of in Vitro Antioxidants in Beer. Journal of Agricultural and Food Chemistry, v. 66, n. 3, p. 720–731, 24 jan. 2018. 
[19] DAL POGGETTO, G. et al. Relaxation-encoded NMR experiments for mixture analysis: REST and beer. Chemical Communications, v. 53, n. 54, p. 7461–7464, 2017. 
[20] ELLIS, D. I. et al. Fingerprinting food: current technologies for the detection of food adulteration and contamination. Chemical Society Reviews, v. 41, n. 17, p. 5706, 2012. 
[21] FADZILLAH, N. A. et al. Authentication of butter from lard adulteration using high-resolution of nuclear magnetic resonance spectroscopy and high-performance liquid chromatography. International Journal of Food Properties, v. 20, n. 9, p. 2147–2156, 2 set. 2017.
[22] CONSONNI, R.; CAGLIANI, L. R.; COGLIATI, C. NMR based geographical characterization of roasted coffee. Talanta, v. 88, p. 420–426, jan. 2012. 
[23] DE MOURA RIBEIRO, M. V. et al. Authenticity of roasted coffee using 1 H NMR spectroscopy. Journal of Food Composition and Analysis, v. 57, p. 24–30, abr. 2017. 
[24] TOMITA, S. et al. A NMR-based, non-targeted multistep metabolic profiling revealed l-rhamnitol as a metabolite that characterised apples from different geographic origins. Food Chemistry, v. 174, p. 163–172, maio 2015.
[25] ZHANG, Y. et al. Effect of Red and Blue Light on Anthocyanin Accumulation and Differential Gene Expression in Strawberry (Fragaria × ananassa). Molecules, v. 23, n. 4, p. 820, 3 abr. 2018. 
[26] MERCHAK, N. et al. Olive oil characterization and classification by 13C NMR with a polarization transfer technique: A comparison with gas chromatography and 1H NMR. Food Chemistry, v. 245, p. 717–723, abr. 2018. 
[27] PINTO, J. et al. Assessment of oxidation compounds in oaked Chardonnay wines: A GC–MS and 1 H NMR metabolomics approach. Food Chemistry, v. 257, p. 120–127, ago. 2018. 
[28] MOREIRA, L. F. P. P. et al. Prediction of beef color using time-domain nuclear magnetic resonance (TD-NMR) relaxometry data and multivariate analyses. Magnetic Resonance in Chemistry, v. 54, n. 10, p. 800–804, out. 2016. 
[29] RASHIDINEJAD, A. et al. Molecular interactions between green tea catechins and cheese fat studied by solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy. Food Chemistry, v. 215, p. 228–234, jan. 2017.