La RMN es una técnica utilizada para analizar la estructura de muchas moléculas químicas, sobre todo compuestos orgánicos. Un compuesto suele constar de átomos de carbono, de hidrógeno y de oxígeno.

En su forma más simple, un experimento de RMN consta de tres pasos:

A partir de las frecuencias emitidas, los analistas pueden deducir información sobre los enlaces y la disposición de los átomos en la muestra. Los núcleos activos por RMN en la muestra resuenan a diferentes frecuencias denominadas  frecuencias de resonancia. Se trata de las frecuencias emitidas por los núcleos cuando se excitan mediante el pulso de radiofrecuencia entrante. El valor de una frecuencia de resonancia depende de dos factores:

Cada isótopo cuenta con una combinación determinada de protones y neutrones en su núcleo. La estructura nuclear determina en gran medida el valor de la frecuencia de resonancia. Así, cada isótopo muestra una  frecuencia de resonancia básica. Los núcleos ¹³C tendrán una frecuencia de resonancia básica diferente de la de ¹H, etc. Nótese la gran variación en las frecuencias de resonancia básicas entre diferentes isótopos tal y como aparecen en la siguiente tabla:

A la frecuencia de resonancia básica se superpone un efecto debido al entorno atómico local en el que se halla el isótopo. El valor preciso de la frecuencia de resonancia de un núcleo ¹H en un determinado compuesto dependerá de los átomos a los que esté enlazado y de los que esté rodeado. El núcleo está rodeado de electrones que pueden verse como cargas eléctricas en movimiento con campos magnéticos asociados. Estos electrones actúan como una fuente de  blindaje magnético para el núcleo. La extensión del blindaje dependerá del entorno atómico local en concreto. El tamaño de las variaciones de campo locales típicas (que resultarán en una variación de frecuencia) dependerá del isótopo y de la intensidad del campo magnético en el que se coloca la muestra. La siguiente tabla muestra la variación de frecuencia típica para dos de los núcleos de RMN más utilizados, ¹H y ¹³C. Queda claro que el entorno atómico local tiene un efecto relativamente reducido sobre la frecuencia de resonancia básica.

Las señales de RMN suelen representarse como espectros y analizarse respecto a dos características, frecuencia  e intensidad . Habitualmente, en la RMN, se representa la frecuencia en el eje horizontal axis aumentando hacia la izquierda.

 

Como se ha mencionado, la frecuencia proporciona información cualitativa sobre el entorno atómico local. La Integral  intensidad  de una señal es una medida de  potencia de la señal y se determina mediante la integración del área bajo el pico de la señal. La integral será directamente proporcional al número de núcleos que contribuyen a una señal en una frecuencia determinada (si todos los núcleos están excitados en la misma medida) y, por tanto, proporcionará información cuantitativa respecto a la estructura química.

Para excitar un núcleo determinado en un experimento de RMN, la frecuencia del pulso de la excitación deberá coincidir con bastante exactitud con la frecuencia de resonancia del núcleo. Esta frecuencia se denomina  frecuencia portadora. Así, si los experimentos se llevan a cabo con un imán de 11,7 T, los núcleos ¹H requerirán una frecuencia portadora de aproximadamente 500 MHz; mientras que los núcleos ¹³C requerirán una frecuencia portadora cercana a los 126 MHz. La frecuencia portadora se especifica mediante el parámetro SFO1 . El núcleo excitado por esta frecuencia portadora se denomina  núcleo observado.

Debe tenerse en cuenta que hay experimentos en los que se excita más de un núcleo; p. ej. durante la transferencia de polarización o el desacoplamiento. En estos casos, uno tiene más de una frecuencia portadora pero sigue teniendo únicamente una frecuencia observada.

No todos los  isótopos responderán a pulsos de radiofrecuencia; es decir, no todos son  activos por RMN. Tres isótopos del elemento hidrógeno se encuentran en la naturaleza: ¹H (hidrógeno), ²H (deuterio) y ³H (tritio, ¡radioactivo!). La abundancia natural de estos isótopos es 99,98 %, 0,015 % y 0,005 % respectivamente. Los tres son activos por RMN; aunque, como puede verse en la tabla 3.1, todos muestran una gran variación en frecuencia de resonancia. Para analizar una muestra respecto a hidrógeno, se excita el isótopo ¹H, dado que dicho isótopo es claramente el más abundante. De los isótopos de carbono que se encuentran en la naturaleza, únicamente uno es activo por RMN. Con diferencia, el isótopo más común, ¹²C (98,89 % de abundancia natural) es inactivo. Por lo tanto, el análisis de RMN de los compuestos orgánicos respecto a carbono depende de las señales emitidas por el isótopo ¹³C, que presenta una abundancia natural de tan solo 1,11 %. Obviamente, el análisis de RMN respecto a carbono es más difícil que el de, por ejemplo, ¹H (existen otros factores que afectan a la sensibilidad y que comentaremos en las siguientes secciones de este capítulo).

Utilizando la breve introducción a la RMN esbozada anteriormente, un buen ejercicio es reflexionar sobre cómo la técnica podría utilizarse para analizar la composición del cloroformo (CHCl₃).