Première mesure de spins quadripolaires par RMN à champ nul
Une étape décisive a été franchie dans la spectroscopie de résonance magnétique à champ nul et donc vers la chimie de précision
Quelle est la structure d'une molécule donnée ? Comment les molécules interagissent-elles entre elles ? Pour répondre à ces questions, on utilise souvent la spectroscopie par résonance magnétique. Les spins des noyaux atomiques sont alignés à l'aide d'un fort champ magnétique externe et mis en rotation par un champ magnétique faible oscillant - généré par des bobines. Il en résulte une modification de la tension, qui peut être convertie en une fréquence. Cette fréquence permet de déterminer la nature des molécules et de connaître l'interaction des spins nucléaires. Cependant, ces études nécessitent des champs magnétiques élevés qui requièrent des appareils très grands et difficiles à installer. Il est également difficile de mesurer les noyaux avec un spin quadripolaire. Ceux-ci sont cependant présents dans la plupart des noyaux atomiques magnétiques.
Tubes RMN remplis de liquides
© Oleg Tretiak
En revanche, la spectroscopie de résonance magnétique à champ nul, ou RMN à champ nul, ne nécessite pas de champ magnétique externe puissant - les couplages entre les spins nucléaires des noyaux actifs magnétiquement constituent l'interaction quantique dominante. Les lignes du spectre sont donc plus étroites et plus nettes, et il est également possible d'examiner des échantillons dans des récipients en métal ou en d'autres matériaux. La spectroscopie de résonance magnétique à champ nul est intéressante, entre autres, dans la recherche métallurgique, la recherche sur les plantes et la médecine. Pour pouvoir mesurer les couplages minimaux, il faut toutefois protéger le champ magnétique terrestre - une opération coûteuse.
Un dispositif expérimental simple, mais néanmoins précis
Des chercheurs de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) et de l'Institut Helmholtz de Mayence (HIM) ont réussi pour la première fois, en collaboration avec l'Université de Californie à Berkeley, à mesurer un noyau quadripolaire à l'aide de la RMN à champ nul. "Plus précisément, nous avons analysé une molécule d'ammonium, NH4, car celle-ci est très importante pour différentes applications", explique le Dr Danila Barskiy, chef de groupe à la JGU. "Nous espérons pouvoir détecter ces molécules à l'avenir, même dans des environnements complexes comme les réacteurs et les conteneurs métalliques". En se basant sur l'ammonium, les chercheurs ont développé un système simple : mélanger un sel d'ammonium avec de l'eau, ajouter différentes quantités de deutérium - et les différents spectres peuvent être enregistrés et analysés. Pour ce faire, les scientifiques ont utilisé un appareil de la taille d'un ongle, disponible sur le marché. Il n'est pas non plus nécessaire de disposer d'une pièce blindée magnétiquement, il suffit d'un montage de mesure compact blindé magnétiquement.
Des mesures de précision permettent de vérifier les théories
Les chercheurs se sont penchés sur une autre question intéressante : Comment le nombre d'atomes de deutérium dans une molécule d'ammonium influence-t-il le spectre et les propriétés de relaxation des spins ? "Notre méthode permet de déterminer les fréquences de résonance avec une très grande précision. En les comparant aux données expérimentales, la méthode peut donc être utilisée comme point de repère pour les calculs de chimie quantique. Nous espérons avec impatience que notre travail deviendra une pratique standard dans un avenir proche", explique Román Picazo-Frutos, étudiant à l'Institut de physique de la JGU et premier auteur de la publication. Certes, les théories actuelles prédisent déjà assez bien les résultats de l'équipe, mais il y a tout de même de petites variations. "Ce travail élargit considérablement le domaine des molécules qui peuvent être analysées avec des techniques RMN de champ zéro à champ ultra-faible et pourrait conduire au développement d'applications inédites, par exemple l'analyse de petits nombres de noyaux atomiques via leur désintégration gamma radioactive. Il reste encore beaucoup à faire", résume le professeur Dmitry Budker de la JGU.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Allemand peut être trouvé ici.
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