Rappels. Résonance Magnétique Nucléaire Interprétation des spectres RMN. Introduction à la Résonance Magnétique Nucléaire

Documents pareils
Résonance Magnétique Nucléaire : RMN

Partie Observer : Ondes et matière CHAP 04-ACT/DOC Analyse spectrale : Spectroscopies IR et RMN

Compléments - Chapitre 5 Spectroscopie

Fiche professeur. L analyse spectrale : spectroscopies IR et RMN

Chapitre 10 : Radioactivité et réactions nucléaires (chapitre 11 du livre)

POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux. - Section Orthoptiste / stage i-prépa intensif -

Chapitre n 6 MASSE ET ÉNERGIE DES NOYAUX

Atelier : L énergie nucléaire en Astrophysique

ANALYSE SPECTRALE. monochromateur

Interaction milieux dilués rayonnement Travaux dirigés n 2. Résonance magnétique : approche classique

Transformations nucléaires

Comment déterminer la structure des molécules organiques?

Mesure de la surface spécifique

Energie nucléaire. Quelques éléments de physique

Professeur Eva PEBAY-PEYROULA

Structure quantique cohérente et incohérente de l eau liquide

Programme consultant expert (PCE)

Champ électromagnétique?

Mécanique Quantique EL OUARDI EL MOKHTAR LABORATOIRE MÉCANIQUE & ÉNERGÉTIQUE SPÉCIALITÉ : PROCÈDES & ÉNERGÉTIQUE. dataelouardi@yahoo.

Techniques de Lyapunov en contrôle quantique pour le couplage dipolaire et polarisabilité

Comment réaliser physiquement un ordinateur quantique. Yves LEROYER

TABLE DES MATIÈRES CHAPITRE I. Les quanta s invitent

Fluorescent ou phosphorescent?

Présentation du programme. de physique-chimie. de Terminale S. applicable en septembre 2012

Compétence 3-1 S EXPRIMER A L ECRIT Fiche professeur

Chapitre 11: Réactions nucléaires, radioactivité et fission

Mise en pratique : Etude de spectres

MASTER (LMD) MANAGEMENT DE PROJET ET INNOVATION EN BIOTECHNOLOGIE

Lycée Galilée Gennevilliers. chap. 6. JALLU Laurent. I. Introduction... 2 La source d énergie nucléaire... 2

Interactions des rayonnements avec la matière

Chapitre 6. Réactions nucléaires. 6.1 Généralités Définitions Lois de conservation

Développements en imagerie RMN spirale et application

MATIE RE DU COURS DE PHYSIQUE

Chap 2 : Noyaux, masse, énergie.

EXERCICES SUPPLÉMENTAIRES

PHYSIQUE Discipline fondamentale

8/10/10. Les réactions nucléaires

a. Fusion et énergie de liaison des noyaux b. La barrière Coulombienne c. Effet tunnel & pic de Gamov

Groupe Nanostructures et Systèmes Quantiques

I - Quelques propriétés des étoiles à neutrons

Contenu pédagogique des unités d enseignement Semestre 1(1 ère année) Domaine : Sciences et techniques et Sciences de la matière

... IRM bas champ : développement d un système pour son intégration en imagerie multimodale in vivo du petit animal

P17- REACTIONS NUCLEAIRES

ÉNERGIE : DÉFINITIONS ET PRINCIPES

Multichronomètre SA10 Présentation générale

FORMATION : Master Chimie Parcours/Spécialité : Analyse, Molécules, Matériaux, Médicaments Option : 3R Année semestre : Année 2 semestre 1

La physique nucléaire et ses applications

Centre Universitaire LA CITADELLE 220, avenue de l Université B.P DUNKERQUE CEDEX 1 GUIDE DES ETUDES LICENCE PROFESSIONNELLE

Introduction à la physique nucléaire et aux réacteurs nucléaires

PHYSIQUE QUANTIQUE ET STATISTIQUE PHYS-H-200

A retenir : A Z m n. m noyau MASSE ET ÉNERGIE RÉACTIONS NUCLÉAIRES I) EQUIVALENCE MASSE-ÉNERGIE

EXERCICE II. SYNTHÈSE D UN ANESTHÉSIQUE : LA BENZOCAÏNE (9 points)

NOTICE DOUBLE DIPLÔME

Équivalence masse-énergie

Comment suivre l évolution d une transformation chimique? + S 2 O 8 = I SO 4

Journal officiel des Communautés européennes CONSEIL

Caractérisation de défauts par Magnétoscopie, Ressuage, Courants de Foucault

Energie Nucléaire. Principes, Applications & Enjeux. 6 ème /2015

Lycée français La Pérouse TS. L énergie nucléaire CH P6. Exos BAC

Une réponse (très) partielle à la deuxième question : Calcul des exposants critiques en champ moyen

Bases de la mécanique quantique

NO-BREAK KS. Système UPS dynamique PRÉSENTATION

METHODES D ANALYSE DES COMPOSES AMORPHES

L identification par radio fréquence principe et applications

La physique quantique couvre plus de 60 ordres de grandeur!

EXERCİCE N 1 : «Synthèse de l éthanamide» (7 pts)

INTRODUCTION À LA SPECTROSCOPIE

Formation L.M.D. en instrumentation biomédicale. Mise en œuvre dans une université scientifique et médicale : Claude Bernard Lyon I

PHYSIQUE CHIMIE. Notions de première indispensables. Table des matières. pour la Terminale S 1 LE PHOTON 2 LES SOLUTIONS COLORÉES

Panorama de l astronomie

Principe ALARA mis en place lors de la phase de conception des cyclotrons. Ch. Bouvy; J-M. Geets; B. Nactergal 11/06/14

TP 03 B : Mesure d une vitesse par effet Doppler

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL PHYSIQUE-CHIMIE

LES DIFFÉRENTS FORMATS AUDIO NUMÉRIQUES

TS1 TS2 02/02/2010 Enseignement obligatoire. DST N 4 - Durée 3h30 - Calculatrice autorisée

UviLight XTW Spectrophotomètre UV-Vis

PHY113 : Cours de Radioactivité

Chapitre 5 : Noyaux, masse et énergie

TP : Suivi d'une réaction par spectrophotométrie

Spectrophotomètre double faisceau modèle 6800

Groupe professionnel énergie de Centrale Nantes Intergroupe des centraliens de l énergie

Les Champs Magnétiques

L énergie sous toutes ses formes : définitions

Quantité de mouvement et moment cinétique

Vie et mort des étoiles. Céline Reylé Observatoire de Besançon

Chapitre I- Le champ électrostatique. I.1.1- Phénomènes électrostatiques : notion de charge électrique

Cours d électricité. Introduction. Mathieu Bardoux. 1 re année. IUT Saint-Omer / Dunkerque Département Génie Thermique et Énergie

THESE DOCTEUR. Génie Electrique. Maxime MOREAU

TP N 3 La composition chimique du vivant

Transformations nucléaires

Jeunes en Apprentissage pour la réalisation de Nanosatellites au sein des Universités et des écoles de l enseignement Supérieur

Université de Nice Sophia Antipolis Licence de physique

Animations. Liste des 114 animations et 145 vidéos présentes dans la Banque de Ressources Physique Chimie Lycée. Physique Chimie Seconde

LE PHYSICIEN FRANCAIS SERGE HAROCHE RECOIT CONJOINTEMENT LE PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2012 AVEC LE PHYSICIEN AMERCAIN DAVID WINELAND

SDLV120 - Absorption d'une onde de compression dans un barreau élastique

LES CARACTERISTIQUES DES SUPPORTS DE TRANSMISSION

Stage : "Développer les compétences de la 5ème à la Terminale"

par Alain Bonnier, D.Sc.

Transcription:

Résonance Magnétique Nucléaire Interprétation des spectres RMN Rappels Pierre MUTZENHARDT Laboratoire de méthodologie RMN Entrée 4A, niveau 2 2ème Cycle Pierre.Mutzenhardt@rmn.uhp-nancy.fr 5 HCM + 4HTD internet : http://www.rmn.uhp-nancy.fr/mutzenhardt Fréquences de résonance de différents noyaux pour un champ magnétique d intensité 9,4 Tesla 2 Introduction à la Résonance Magnétique Nucléaire Présentation Introduction Principes de base Le déplacement chimique Le couplage scalaire (structure fine) Analyse des spectres protoniques RMN multidimensionnelle Pourquoi étudier la RMN? Etudes Structurales (détermination) Chimie des produits naturels Chimie de synthèse (outil analytique de choix des organiciens) Etudes de la dynamique des systèmes Cinétiques de réaction Etude des équilibres (chimiques ou structuraux) Structure tridimensionnel (3D) des macromolécules Protéines ADN/ARN Polysaccharides Recherche pharmaceutique Relation Structure Activité Médecine - Imagerie par Résonance Magnétique IRM - etc 3 4

Imagerie par Résonance Nucléaire (IRM) Ala-Arg-Pro-Tyr-Asn-Phe-Cpa-Leu-NH 2 Principes de base Hélas (pour vous), la mécanique quantique est nécessaire pour comprendre ces phénomènes (en fait beaucoup de mécanique quantique ). Seuls les noyaux de nombre de spin (I) 0 peuvent émettre ou absorber des ondes électromagnétiques. Nombre de masse (A) & nombre de charge (Z) pairs I = 0 ( 2 C, 6 O) Nombre de masse pair & nombre de charge impair I = entier ( 4 N, 2 H, 0 B) Nombre de masse impair I = demi entier ( H, 3 C, 5 N, 3 P) Les états de spin du noyau sont quantifiés (m) : m = I, (I - ), (I - 2),, -I m est appelé le nombre quantique magnétique. 5 6 Principes de base (suite) pour H, 3 C, 5 N, 3 P on a I = /2 et donc : m = /2, -/2 Cela implique que seulement deux états - correspondant à deux niveaux d'énergie - peuvent être pris par ces noyaux. Ces noyaux possèdent un moment magnétique (µ) tel que µ = γ I h / 2π Pourquoi un champ magnétique en RMN (pour I = /2) En l'absence de champ magnétique la différence d'énergie entre les deux niveaux est négligeable. Les niveaux d'énergie sont dégénérés: Puisque les noyaux ont un moment magnétique, l'application d'un champ magnétique intense ( ) oriente ces moments : c'est une quantité vectorielle qui donne la direction et la force de l'aimant nucléaire h est la constante de Planck γ est le rapport gyromagnétique et est caractéristique de chaque isotope isotopes différents = rapports gyromagnétiques différents 7 8

Energie et populations l'application du champ magnétique crée une différence d'énergie entre les niveaux : = 0 La différence de population est donnée par E / kt N α / N β = e > 0 β ( /2) α (+/2) pour un proton H à 400 MHz ( = 9.4 T), E est de 2.65 0-25 J kt = 4.40 0-2 J N α / N β =.000064 ( spin pour 3000 / 2) E = h ν Energie et Sensibilité l'énergie est proportionnelle au moment magnétique et au champ magnétique externe appliqué: E = - µ. E=-µ z. = -m γ h / 2π d où E = γ h / 2π Ceci a des implications sur l'énergie que chaque noyau peut absorber et donc sur l'intensité et la sensibilité du signal. La sensibilité est proportionnelle : à µ, à N α -N β, au flux magnétique dans le système de détection Tous ces termes dépendent de γ donc la sensibilité est proportionnelle à γ 3. M 0 2 2 γ h B0I ( I + ) = Ν 3k T B Aimantation macroscopique la différence de population est très faible (comparée à l'uv ou l'ir). 9 0 Energie et Sensibilité dans un même champ magnétique : γ ( 3 C) / 2 π = 0.705 MHz / T γ ( H) / 2 π = 42.57 MHz / T H est ~ 64 fois plus sensible que le 3 C simplement à cause de γ de plus il faut considérer l'abondance naturelle des isotopes : % ( 3 C) ~ % % ( H) ~ 00 % H est alors ~ 6400 fois plus sensible que le 3 C Quantification du spin nucléaire Niveaux d énergie 2

Energie et Fréquence pour un spin /2 Un spectromètre RMN (une radio FM en plus cher) E = h ν E = γ h / 2π ν o = γ / 2π N S Aimant cette fréquence particulière est la fréquence de Larmor ou de résonance pour le proton H dans des aimants standards (2.35-8.6 T), cette fréquence va de 00 à 800 MHz. Pour le carbone-3 3 C, /4 de ces valeurs. Générateur de fréquences B Détecteur Enregisteur Pour expliquer certains aspects de la RMN, on définit également la pulsation ω: ω =2πν ω o = γ (radians.s - ) Aimant- Supraconducteur ou Electroaimant. Générateur de fréquence -(B ). Crée le champ RF d'excitation. Détecteur - Enregistreur - CAN, ordinateur 3 4 RMN par ondes continues (ancienne technique) L'idée est la même qu'en spectrométrie UV. On parcourt les fréquences ou bien l'on fait varier le champ magnétique en continu (ce qui a le même effet), et on enregistre l'absorption d'énergie. ω o or temps ω o or 5 6

0 0. 0 0. 20 0. 30 0. 40 0.50 0.60 0.70 0. 80 0. 90.00 t sec RMN impulsionnelle par Transformée de Fourier Une impulsion radiofréquence va exciter tous les spins en une fois, On détecte alors un signal qui doit être mathématiquement transformé pour restituer le spectre d'absorption. Moment magnétique µ = γ I ħ En résumé FT spin ½ Cette méthode permet d'accumuler plusieurs fois la même expérience (sensibilité) d'agir de manière particulière sur un ou plusieurs spins simultanément de réaliser des expériences multidimensionnelles (2D, 3D,imagerie) Aimantation macroscopique 7 8 Interactions subies par le spin nucléaire Interactions externes Magnétiques pour tous les noyaux Le champ magnétique statique (B 0 ) Le champ magnétique radiofréquence (B ) = excitation Interactions internes Magnétiques pour tous les noyaux Spin isolé Déplacement chimique Spin-rotation Ensemble de spins Couplages dipolaires Couplages scalaires ou J Electriques pour noyaux de spin > ½ Couplage quadripolaires Prochains cours : l'analyse des spectres (spectres( protoniques H) Basse résolution : le déplacement chimique Haute résolution : déplacement chimique et couplages scalaires 9 20