Spectroscopie RMN (résonance magnétique nucléaire)

                02/09/2021

Chapitre 1 : Spectroscopie de résonance magnétique nucléaire

Spectroscopie = du latin spectrum → apparition d’une ligne caractéristique lors de l’enregistrement d’un spectre

Perturbation magnétique

Spectroscopie RMN = Perturbation/excitation du noyau avec un champ magnétique et enregistrer le spectre qui en résulte.

Très récente par rapport à IR, spectroscopie d’émission

2 groupes de physiciens ayant publié en même temps leurs travaux en cherchant à mettre en évidence ?????

RMN → pls applications (imagerie RMN ou structure molécule)

1. Introduction

La spectroscopie de résonance magnétique nucléaire est un des techniques spectrales susceptible d’aider à l’identification de composés chimiques (parfois suffisante mais pas toujours)

Chaque spectroscopie apporte une info différente sur les molécules → il faut donc maîtriser les spectroscopies et leurs bases pour rassembler les infos et proposer une structure pour la molécule afin de pouvoir le biosynthétiser

Une molécule peut subir des types différents d’excitation

(SCHEMA)

Rayons X : ΔE > 300 Kcal.mol-1 (λ ≈ 10 à 50 nm) → Transitions électroniques des électrons du cœur

UV-visible : ΔE ≈ 40-300 Kcal.mol-1 (λ ≈ 50 à 103 nm) → transitions électroniques des électrons de valence

Infrarouge : ΔE ≈1-10 Kcal.mol-1 (λ ≈ 103 nm à 1mm) → Transitions vibrationnelles et rotationnelles

Ondes radios : ΔE ≈ 10-6 Kcal.mol-1 (λ ≈ 100 mm à 1 m) → transitions des états de spins nucléaires

Spectre hydrogène → même en absence de perturbation présente plus de bandes

Nombres quantiques :

• n : couche de l’électron
• l : sous couches spdf
• m : défini l’orientation angulaire ????

Moment cinétique propre au proton, similaire à la rotation d’une particule autour d’elle, d’où le mot spin (=rotation)

Particules (proton, électrons, neutrons) → nb quantique de spin = ½

Chaque élément à son nombre quantique de spin propre

1. Orientation d’un noyau dans un champ magnétique

Les noyaux qui possèdent un nombre de masse ou un nombre atomique impair, possèdent également un spin (c’est à dire présentent un moment angulaire)

Exemple :

Tout noyau possédant un spin peut être étudié par RMN

Cas du noyau (ou proton) : 1H

En absence de champ magnétique externe :

• Un proton en rotation produit un moment magnétique mu associé à un champ magnétique
• Chaque proton a la même énergie nucléaire de spin
• Les moments magnétiques de spin sont orientés au hasard

Dans un champs magnétique externe

• 2I+1 orientations possibles au moment magnétique nucléaire par rapport au champ externe
• 2I+1 niveaux énergétiques du noyau

Le proton possède un nombre quantique de I = ½ → 2 orientations possibles

LA différence d’énergie entre ces deux orientations et proportionnelle à l’intensité du champ magnétique externe

On a :

• Y : rapport gyromagnétique
• B0 : intensité du champ magnétique externe
• H : cste de Planck

En combinant les équations :

La fréquence de résonance est proportionnelle au champ appliqué

Actuellement à 900 mHz

Pourquoi augmenter la fréquence ? La résolution est plus importante, coûte beaucoup moins cher en solution

Composantes de base d’un spectro RMN

Un spectre RMN est l’enregistrement du voltage induit en fonction du balayage du champs magnétique

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