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Partie 2 • Méthodes spectrométriques
Le document de base, fourni par ces appareils, est le spectre de RMN (fig. 15.1). Il s’agit
d’un diagramme représentant des signaux de résonance. Pour produire ces signaux, on utilise conjointement un second champ environ 10 000 fois plus faible que le précédent, en faisant appel à une source de radiations électromagnétiques du domaine des radiofréquences.
Le spectre de RMN résulte de l’absorption par l’échantillon de certaines des fréquences
envoyées par cette source électromagnétique. L’interprétation des signaux (position, aspect,
intensité), conduit à un ensemble de renseignements sur l’échantillon, d’autant plus facilement interprétables s’il s’agit d’un composé pur.
Pour comprendre l’origine de ces spectres, très différents des spectres optiques classiques, il faut faire appel au spin des noyaux.
-CH -CH
2
3
-CH -
2
CH -C=O
3
intensité
(unités arbitraires)
RMN 400 MHz
CH -C-CH CH
3
2
3
O
(TMS)
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
PPM
Figure 15.1 Présentation conventionnelle d’un spectre de RMN des atomes d’hydrogène
d’un composé organique.
Ici, spectre de la butanone [CH 3 (C = O)CH 2 CH 3 ] avec, en superposition, la courbe d’intégration, qui permet d’évaluer les aires relatives des principaux groupes de signaux
repérés sur le spectre. La nature de l’échelle des abscisses sera expliquée plus loin.
Le spectre de la figure 15.1 est un exemple de RMN dite à une dimension (l’intensité des
signaux n’est pas comptée comme seconde dimension). D’autres études par RMN, plus sophistiquées, à 2, 3, 4... dimensions permettent de localiser la position de tous les atomes dans
la molécule étudiée. Ce chapitre ne décrit que la RMN 1D (monodimensionnelle) d’échantillons en solution.
15.2 INTERACTION SPIN/CHAMP MAGNÉTIQUE POUR UN NOYAU
Tout noyau atomique — de même que chaque particule subatomique — est caractérisé par
un certain nombre de grandeurs intrinsèques, dont le spin I (1) . Ce paramètre vectoriel introduit en mécanique quantique, sans équivalent classique, permet, entre autres, d’expliquer le
comportement des atomes dans les milieux où règne une orientation privilégiée. L’existence
d’un champ magnétique crée une telle orientation privilégiée dans l’espace pour tout atome
baignant dans ce champ. Le spin du noyau est à rapprocher du moment cinétique L de la
mécanique classique dont il a les dimensions (J×s). La norme du spin varie d’un type de
noyau à un autre car elle est définie à partir du nombre quantique de spin I (2) , caractéristique
de chaque noyau, dont la valeur peut être nulle ou un multiple positif de
1
2
.
(1) Dans ce livre, tout vecteur est représenté en caractère gras. I , nombre quantique de spin, n’est pas la norme du
spin I.
Partie 2 • Méthodes spectrométriques
Le document de base, fourni par ces appareils, est le spectre de RMN (fig. 15.1). Il s’agit
d’un diagramme représentant des signaux de résonance. Pour produire ces signaux, on utilise conjointement un second champ environ 10 000 fois plus faible que le précédent, en faisant appel à une source de radiations électromagnétiques du domaine des radiofréquences.
Le spectre de RMN résulte de l’absorption par l’échantillon de certaines des fréquences
envoyées par cette source électromagnétique. L’interprétation des signaux (position, aspect,
intensité), conduit à un ensemble de renseignements sur l’échantillon, d’autant plus facilement interprétables s’il s’agit d’un composé pur.
Pour comprendre l’origine de ces spectres, très différents des spectres optiques classiques, il faut faire appel au spin des noyaux.
-CH -CH
2
3
-CH -
2
CH -C=O
3
intensité
(unités arbitraires)
RMN 400 MHz
CH -C-CH CH
3
2
3
O
(TMS)
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
PPM
Figure 15.1 Présentation conventionnelle d’un spectre de RMN des atomes d’hydrogène
d’un composé organique.
Ici, spectre de la butanone [CH 3 (C = O)CH 2 CH 3 ] avec, en superposition, la courbe d’intégration, qui permet d’évaluer les aires relatives des principaux groupes de signaux
repérés sur le spectre. La nature de l’échelle des abscisses sera expliquée plus loin.
Le spectre de la figure 15.1 est un exemple de RMN dite à une dimension (l’intensité des
signaux n’est pas comptée comme seconde dimension). D’autres études par RMN, plus sophistiquées, à 2, 3, 4... dimensions permettent de localiser la position de tous les atomes dans
la molécule étudiée. Ce chapitre ne décrit que la RMN 1D (monodimensionnelle) d’échantillons en solution.
15.2 INTERACTION SPIN/CHAMP MAGNÉTIQUE POUR UN NOYAU
Tout noyau atomique — de même que chaque particule subatomique — est caractérisé par
un certain nombre de grandeurs intrinsèques, dont le spin I (1) . Ce paramètre vectoriel introduit en mécanique quantique, sans équivalent classique, permet, entre autres, d’expliquer le
comportement des atomes dans les milieux où règne une orientation privilégiée. L’existence
d’un champ magnétique crée une telle orientation privilégiée dans l’espace pour tout atome
baignant dans ce champ. Le spin du noyau est à rapprocher du moment cinétique L de la
mécanique classique dont il a les dimensions (J×s). La norme du spin varie d’un type de
noyau à un autre car elle est définie à partir du nombre quantique de spin I (2) , caractéristique
de chaque noyau, dont la valeur peut être nulle ou un multiple positif de
1
2
.
(1) Dans ce livre, tout vecteur est représenté en caractère gras. I , nombre quantique de spin, n’est pas la norme du
spin I.