Núcleos Atômicos: Distribuição Populacional do Estado de Spin Nuclear

Temperaturas próximas do zero absoluto, na presença de um campo magnético, a maioria dos núcleos prefere o estado de spin +1/2 de energia mais baixa ao estado de spin −1/2 de energia mais alta.

À temperatura ambiente, a energia das colisões térmicas distribui os spins de forma mais igualitária entre os dois estados, conforme descrito pela equação de distribuição de Boltzmann.

N₊ e N₋ representam o número de spins previstos nos estados de spin +1/2 e spin −1/2, respectivamente.

A diferença de energia entre os estados de spin, ΔE, é expressa como hν, onde h é a constante de Planck e ν é a frequência de operação do instrumento de RMN. k é a constante de Boltzmann e T é a temperatura absoluta medida em kelvin.

Por exemplo, em um instrumento de 60 MHz, a 298 kelvin, o estado de energia mais baixo tem um excesso de população de aproximadamente nove a dez entre dois milhões de núcleos, que produzem o sinal de RMN.

O uso de uma frequência operacional mais alta aumenta a lacuna de energia e o excesso de população.