Toate nucleele magnetice au o proprietate numită rezonanță magnetică nucleară sau RMN, atunci când se află într-un câmp magnetic și când sunt îndeplinite anumite alte condiții. O gamă de tipuri diferite de tehnologie au fost dezvoltate în conformitate cu aceste principii. Acestea includ diferite tipuri de imagistică medicală și spectroscopie.
Rezonanța magnetică nucleară depinde de faptul că, atunci când un impuls electromagnetic oscilant este aplicat nucleelor dintr-un câmp magnetic, nucleele individuale absorb energie și apoi eliberează acea energie în modele specifice. Modelul de absorbție și eliberare a energiei depinde de puterea câmpului magnetic, precum și de anumite alte variabile. Examinând aceste modele, fizicienii sunt capabili să investigheze proprietățile mecanice cuantice ale nucleelor atomice. Chimiștii pot folosi tehnologia RMN pentru a explora compoziția chimică și structurală a probelor, iar în medicină, tehnologia rezonanței magnetice nucleare este baza unui tip de echipament de imagistică medicală des folosit.
Toată tehnologia RMN se bazează, de asemenea, pe o proprietate numită spin. Când se determină dacă un nucleu atomic dat are spin, se numără numărul de nucleoni din atom. Nucleonul este numele colectiv dat protonilor și neutronilor. Dacă numărul de protoni și neutroni dintr-un nucleu este un număr impar, cantitatea de spin pe care o au nucleele este mai mare decât zero. Prin urmare, se spune că acel nucleu posedă proprietatea spinului. Orice nucleu care posedă spin poate fi examinat folosind tehnologia RMN.
În spectroscopia de rezonanță magnetică nucleară, o mașină numită spectrometru de rezonanță magnetică nucleară este utilizată pentru a obține informații despre tipul, numărul și aranjamentul nucleelor dintr-o probă dată. Analiza unui spectru RMN de către un chimist, de exemplu, poate oferi informații despre diferitele tipuri de substanțe chimice prezente într-o probă, precum și structura diferitelor molecule prezente. Spectroscopia RMN a fost, de exemplu, esențială în înțelegerea modului în care sunt structurați acizii nucleici și proteinele și oferă, de asemenea, indicii despre modul în care funcționează aceste molecule.
Baza imagistică prin rezonanță magnetică nucleară se bazează pe faptul că frecvența de rezonanță a diferitelor molecule este proporțională cu puterea câmpului magnetic care le este aplicată. Când o probă este plasată într-un câmp magnetic oscilant, frecvențele de rezonanță ale nucleelor din eșantion variază în funcție de locul în care se află în acel câmp. Aceste variații pot fi apoi utilizate pentru a construi o imagine a eșantionului în sine.
În medicină, această tehnică este cunoscută în mod obișnuit ca imagistica prin rezonanță magnetică sau RMN. Acest echipament de imagistică medicală utilizează câmpuri magnetice pentru a alinia atomii de hidrogen prezenți în apă. Deoarece corpul uman conține o proporție mare de apă, alinierea atomilor de hidrogen în acest fel produce suficiente informații pentru a construi o imagine a structurii interne a corpului. Posesia de spin este un concept important în această tehnologie. Acest lucru se datorează faptului că atomii de hidrogen, care au spin, răspund diferit la câmpurile magnetice, în funcție de alte tipuri de molecule de care sunt legați și chiar de tipurile de molecule de care sunt poziționați aproape.
Tehnologia RMN are multe alte aplicații teoretice și practice. Industriile petrolului și gazelor naturale utilizează tehnologia RMN pentru a ajuta la explorarea rocii pământului pentru a localiza depozitele acestor combustibili. Una dintre cele mai semnificative utilizări ale tehnologiei RMN în examinarea probelor este că se face fără distrugerea probei. Aceasta înseamnă că testele RMN pot fi efectuate pe probe care sunt delicate sau periculoase, cu risc mult redus.