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May 24, 2023

Une introduction à la spectroscopie RMN

Aimee O'Driscoll, BSc, MBA, possède une décennie d'expérience en tant que chimiste du développement

Aimee O'Driscoll, BSc, MBA, possède une décennie d'expérience en tant que chimiste du développement et est une rédactrice scientifique chevronnée. Elle peut être contactée à [email protected].

La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) permet aux scientifiques d'étudier la structure, les propriétés et la dynamique des molécules en mesurant la réponse des noyaux à un champ magnétique. Il est non invasif et largement utilisé dans de nombreux domaines, notamment médical, pharmaceutique, alimentaire, environnemental et énergétique. Cette technique analytique polyvalente progresse rapidement et son efficacité est souvent renforcée par le couplage avec diverses méthodes de chromatographie.

La spectroscopie RMN est basée sur la découverte que certains noyaux atomiques se comportent comme de minuscules aimants à la suite de la rotation nucléaire. Lorsqu'ils sont placés dans un champ magnétique appliqué, ces noyaux s'alignent parallèlement ou antiparallèlement au champ. L'énergie nécessaire pour modifier cet alignement est proportionnelle à la force du champ magnétique.

Un spectromètre RMN comprend trois parties principales : un aimant, un émetteur radiofréquence (RF) et un récepteur RF. Un échantillon est placé dans un tube ou une sonde et inséré dans l'aimant. L'aimant produit un champ magnétique stable et uniforme, qui amène les noyaux de l'échantillon à s'aligner dans une direction spécifique. L'émetteur RF génère une impulsion qui excite les noyaux et inverse leur alignement. En revenant à leur alignement d'origine, les noyaux émettent un rayonnement électromagnétique, qui est détecté par le récepteur RF et converti en un spectre RMN.

Le spectre RMN trace l'intensité du signal par rapport à la fréquence RF. La différence entre la fréquence RF correspondante d'un pic et la fréquence de référence est connue sous le nom de déplacement chimique. Chaque pic correspond à un noyau particulier, et le déplacement chimique permet d'identifier le noyau et son environnement chimique, par exemple, les types de liaisons dans lesquelles il est impliqué ou le solvant qui l'entoure.

La spectroscopie RMN révèle également des informations sur la dynamique d'un composé, telles que la mobilité des atomes constitutifs et les taux de réactions chimiques. Ces découvertes nécessitent des techniques telles que les mesures de relaxation - déterminant la vitesse à laquelle les noyaux se détendent pour retrouver leur alignement d'origine - ou l'étude de l'effet nucléaire Overhauser, qui consiste à mesurer l'interaction entre différents noyaux.

La spectroscopie RMN a un large éventail d'applications. Les utilisations courantes incluent la détermination de la structure des médicaments, des protéines, des acides nucléiques et d'autres molécules et l'étude de la dynamique des réactions chimiques. Et parce que la spectroscopie RMN fournit des informations sur l'environnement chimique d'un atome, elle est utile pour étudier les processus catalytiques. Cette technique sert également de base à l'imagerie par résonance magnétique (IRM), un outil de diagnostic largement utilisé. Pendant ce temps, les scientifiques des matériaux utilisent la spectroscopie RMN pour étudier les propriétés et les structures des polymères, des céramiques, etc.

Comme toutes les techniques, la spectroscopie RMN a ses limites. Principalement, il se limite à mesurer les noyaux avec un nombre impair de protons ou de neutrons, bien que les échantillons puissent être enrichis avec des isotopes détectables, tels que le carbone-13 et l'azote-15. De plus, la spectroscopie RMN a une sensibilité relativement faible et les expériences peuvent être coûteuses et prendre du temps.

Alors, quels sont certains des principaux avantages de l'utilisation de cette technique analytique par rapport aux autres ? La spectroscopie RMN peut fournir des données qualitatives et quantitatives en un seul passage. De plus, cette technique est non destructive, peut traiter une gamme de types d'échantillons et nécessite une préparation minimale des échantillons. Il est également hautement reproductible et offre la possibilité d'un haut niveau d'automatisation. Dans l'ensemble, il s'agit d'une technique puissante qui fournit des informations essentielles dans de nombreux domaines.