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Entre las técnicas más usuales de estudio de la materia, las diversas espectroscopias juegan un papel especialmente importante. La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN, o en inglés NMR, de Nuclear Magnetic Resonance) es un fenómeno físico descrito originalmente en 1946 por Felix Bloch y Edward Mills Purcell, que ganaron el Premio Nóbel de Física por este descubrimiento en 1952. La RMN se basa en la interacción entre núcleos atómicos bajo la influencia de un campo magnético externo y un campo electromagnético de una frecuencia determinada (ondas de radio). La RMN sirve para estudiar el comportamiento de ciertos núcleos atómicos, aquellos que poseen momento magnético, en presencia de un campo magnético externo. El campo aplicado es responsable de la ruptura de la degeneración de los niveles de energía de espín nuclear, de modo que pueden introducirse transiciones entre ellos como consecuencia de la absorción de radiación electromagnética adecuada. Puesto que la disposición de los niveles de energía es una propiedad tanto de los núcleos de una molécula como de su entorno electrónico y de las interacciones entre ambos, la espectroscopia de RMN es una herramienta de gran utilidad en la clasificación de sustancias. No es de extrañar que desde los primeros experimentos con éxito, llevados a cabo en 1945, la RMN haya tenido un desarrollo espectacular, en especial desde que en 1966 se introduce la espectroscopia de RMN en la modalidad de transformación de Fourier, que haya permitido incrementar ganancias de sensibilidad en uno o dos órdenes de magnitud, eliminando parcialmente una de las desventajas de la técnica. El desarrollo de nuevos métodos (RMN bidimensional, photo-CIDNP, excitación a medida...) y la construcción por las casas comerciales de imanes cada vez más potentes (ya son comerciales los imanes de 11.7 teslas) hacen prever que el límite de posibilidades de la técnica se halla todavía lejos de haber sido alcanzado, esperándose en el futuro que junto a una consolidación de los nuevos desarrollos, la ampliación del rango de aplicabilidad de esta técnica física, de por sí tremendamente amplio.
La teoría tal y como se desarrolla en este libro, utiliza un formalismo que refuerza la unidad esencial de la resonancia magnética; así, campos distintos como la resonancia del espín electrónico, la resonancia nuclear, la espectroscopia cuadrupolar y el efecto Mössbauer aparecen como aspectos parciales de una teoría general.
V.1. Theory of nuclear magnetic resonance spectroscopy. NMR spectrometers, recording techniques, measuring methods. v.2. Proton resonance spectroscopy. The resonance spectra of nuclei other than hydrogen. v.3. Structure determination problems.
In NMR, it is well-known that the chemical shift conveys structural informa tion, e. g. a carbonyl carbon will have a resonance frequency appreciably dif ferent from a methyl carbon, etc. The relation between structure and chemical shift is mostly established by empirical rules on the basis of prior experience. It is only quite recently that the advent of both comparatively cheap comput ing power and novel quantum chemistry approaches have provided feasible routes to calculate the chemical shift at the ab initio level for molecules of reasonable size. This raises the question whether application of these novel theoretical concepts offers a means of obtaining new structural information for the complex chain molecules one deals with in polymer science. Solid state 13C-NMR spectra of glassy amorphous polymers display broad, partially structured resonance regions that reflect the underlying disorder of the polymer chains. The chemical shift responds to the variation of the ge ometry of the chain, and the broad resonance regions can be explained by an inhomogeneous superposition of various chain geometries (and thus chem ical shifts). In this review, we present a novel approach to combine polymer chain statistical models, quantum chemistry and solid state NMR to pro vide quantitative information about the local chain geometry in amorphous polymers. The statistical model yields the relative occurrence of the various geometries, and quantum chemistry (together with a force field geometry op timization) establishes the link between geometry and chemical shift.