I. Le spin nucléaire

Méga important : CERTAINS atomes ont un spin nucléaire. Si je vulgarise, l'électron et le proton sont des particules chargées qui tournent (= spin = moment cinétique = ça bouge). Et une charge qui tourne va induire du magnétisme (= moment magnétique).

Spin proton = spin électron = 1/2 MAIS il existe deux états magnétiques différents (cf: schéma)

DONC, chaque noyau d'atome a un nombre de protons différents donc si j'ai pas le même nombre de protons, je n'aurai pas le même spin nucléaire. Ainsi, des isotopes n'auront pas le même spin nucléaire, ni le même magnétisme induit !

En RMN, on verra les noyaux qui ont des spins NON nuls ET qui ont un moment magnétique (µ) DIFFERENT de zéro.

µ = ?.I

µ : est le moment magnétique induit par vitesse du noyau

? : est la constante qui change selon l'atome observé (cf table de RMN)

I : est le spin nucléaire

II. Interaction du spin nucléaire I avec un champ magnétique B0(= statique)

• Application de B0 crée une dégénérescence des niveaux d'énergie

Le spin nucléaire I correspond donc à la vitesse de rotation du noyau. µ est le moment magnétique induit par cette vitesse de rotation. B0 est le champ magnétique statique. En appliquant ce champ B0, on observe l'effet de Zeeman = on a une levée des niveaux d'énergie = levée de dégénérescence quand on applique B0. (cf schéma).

Si spin I (= nombre quantique L) = 1/2 alors on a deux m (nombre quantique magnétique) (+1/2 ou - 1/2). D'où schéma.

• Application de B0 sur une charge qui tourne crée un nouveau champ B

Lorsque j'applique B0 et que les charges de mon noyau tournent, cela entraîne un champ magnétique induit (par cette vitesse de rotation). On parle de résonnance. On peut calculer cette vitesse de rotation = vitesse de précession ?

? = ?B0

Quand il y présence de cette résonnance (= sensibilité au magnétisme de B0), la fréquence de B0 qu'on applique est égale à v (MHz) = (?B0) / 2?

Pour faire résonner un noyau différent d'un autre (RMN du carbone; RMN de l'hydrogène; RMN du phosphore); il faut utiliser une fréquence différente !! Ainsi on pourra voir tous les hydrogènes d'une molécule qui résonne (sont sensibles de la même manière à B0) ou que les phosphores d'une molécule !!!

III. En RMN, on a un échantillon à analyser

Comme on analyse un échantillon, on n'est pas sur une molécule isolée mais sur des millions de molécules. On a donc une population de spins nucléaires. Plein de noyaux (=protons) tournent crée plein de spin nucléaire.

• Sans champ magnétique B0, c'est le bordel des rotations de protons. Les spins nucléaires suivent une distribution uniforme et on a ainsi un moment magnétique total = Zéro. (ils se compensent entre eux)
• Avec champ magnétique B0 (externe), chaque proton (=spin nucléaire) prend une orientation m. La somme des moments magnétiques donne une aimantation M qui est parallèle à B0. Les spins nucléaires sont distribués selon la distribution de Boltzmann de population ? = +1/2 et ?= - 1/2. Avec ? étant l'orientation 1 (=m) de plus basse énergie et ?= étant l'orientation 2 (=m) de plus haute énergie.

En RMN = le détecteur va mesurer les transitions entre les états d'énergie ? et ?. Le détecteur mesure le passage du spin de ? à ?.

N?/N? = exp (?E/kT) avec k : constante de Boltzmann

On trouve plus de spin nucléaire avec orientation1; m = +1/2 dans l'état fondamental.