280
Partie 2 • Méthodes spectrométriques
de la combinaison de son mouvement de rotation autour de son axe propre et du couple de
rappel dû au vecteur gravité. Les frottements ralentissant la rotation, l’angle u augmente de
façon continue. Pour un noyau dans le vide, contrairement au principe de la toupie, l’angle
demeure fixe au cours du temps, quelle que soit la valeur du champ appliqué, car les normes
du vecteur moment magnétique et de sa projection sont quantifiées. Ainsi, pour un noyau
dont le nombre de spin est I = 1/2, on calcule que les angles permis de I par rapport à
Oz sont d’environ 55
◦ et 125
◦ , en tenant compte des normes du vecteur spin d’une part
(
√
I (I + 1)), et de sa projection (I ) d’autre part. L’angle de 54,74
◦ , utilisé dans certaines
expériences de RMN, est appelé « angle magique ». Pour cette valeur particulière du spin, il
correspond à l’angle que fait la diagonale d’un cube avec ses six arêtes adjacentes.
Z
sans champ magnétique
avec champ magnétique
Y
X
Z
µ
Y
X
Z
Y
X
Z
µ
µ
µ z
µ z
O
N
S
B 0
B 0
Figure 15.2 Effet d’un champ magnétique sur un noyau de nombre
de spin 1/2 présent dans un composé en solution.
Si le noyau est dans la partie supérieure de l’échantillon, non soumise au champ magnétique extérieur, m n’a aucune orientation préférentielle. En revanche, dans la partie
centrale baignant dans le champ, m balaie la surface d’un cône de révolution dont l’axe
est aligné avec B. La projection de m est dans le même sens que B ou dans le sens
opposé.
15.3 LES NOYAUX QUI PEUVENT ÊTRE ÉTUDIÉS PAR RMN
Un nucléide quelconque représenté par
A
Z
X a un nombre de spin I non nul si les nombres
Z de protons et A de nucléons ne sont pas tous les deux pairs.
1
1
H,
13
6
C,
19
9
F,
31
15
P
ont, par exemple, un nombre de spin I = 1/2 tandis que I = 1 pour
1
1
H (deutérium
D) ou
7
7
N. Tous ces noyaux donneront un signal en RMN. En revanche, les noyaux
12
6
C, 4
2 He,
16
8
O,
28
14
Si,
32
16
S auront un nombre de spin nul et ne pourront pas être étudiés par RMN. Dans l’ensemble, plus de la moitié des nucléides stables connus (au moins
un isotope par élément) conduisent à un signal de RMN, mais la sensibilité varie énormément suivant les noyaux. Ainsi le proton, nom commun du noyau 1 H, ou bien le 19 F,
sont plus faciles à détecter que le 13 C, beaucoup moins sensible que le proton et qui ne
représente que 1 % de l’élément carbone.
Partie 2 • Méthodes spectrométriques
de la combinaison de son mouvement de rotation autour de son axe propre et du couple de
rappel dû au vecteur gravité. Les frottements ralentissant la rotation, l’angle u augmente de
façon continue. Pour un noyau dans le vide, contrairement au principe de la toupie, l’angle
demeure fixe au cours du temps, quelle que soit la valeur du champ appliqué, car les normes
du vecteur moment magnétique et de sa projection sont quantifiées. Ainsi, pour un noyau
dont le nombre de spin est I = 1/2, on calcule que les angles permis de I par rapport à
Oz sont d’environ 55
◦ et 125
◦ , en tenant compte des normes du vecteur spin d’une part
(
√
I (I + 1)), et de sa projection (I ) d’autre part. L’angle de 54,74
◦ , utilisé dans certaines
expériences de RMN, est appelé « angle magique ». Pour cette valeur particulière du spin, il
correspond à l’angle que fait la diagonale d’un cube avec ses six arêtes adjacentes.
Z
sans champ magnétique
avec champ magnétique
Y
X
Z
µ
Y
X
Z
Y
X
Z
µ
µ
µ z
µ z
O
N
S
B 0
B 0
Figure 15.2 Effet d’un champ magnétique sur un noyau de nombre
de spin 1/2 présent dans un composé en solution.
Si le noyau est dans la partie supérieure de l’échantillon, non soumise au champ magnétique extérieur, m n’a aucune orientation préférentielle. En revanche, dans la partie
centrale baignant dans le champ, m balaie la surface d’un cône de révolution dont l’axe
est aligné avec B. La projection de m est dans le même sens que B ou dans le sens
opposé.
15.3 LES NOYAUX QUI PEUVENT ÊTRE ÉTUDIÉS PAR RMN
Un nucléide quelconque représenté par
A
Z
X a un nombre de spin I non nul si les nombres
Z de protons et A de nucléons ne sont pas tous les deux pairs.
1
1
H,
13
6
C,
19
9
F,
31
15
P
ont, par exemple, un nombre de spin I = 1/2 tandis que I = 1 pour
1
1
H (deutérium
D) ou
7
7
N. Tous ces noyaux donneront un signal en RMN. En revanche, les noyaux
12
6
C, 4
2 He,
16
8
O,
28
14
Si,
32
16
S auront un nombre de spin nul et ne pourront pas être étudiés par RMN. Dans l’ensemble, plus de la moitié des nucléides stables connus (au moins
un isotope par élément) conduisent à un signal de RMN, mais la sensibilité varie énormément suivant les noyaux. Ainsi le proton, nom commun du noyau 1 H, ou bien le 19 F,
sont plus faciles à détecter que le 13 C, beaucoup moins sensible que le proton et qui ne
représente que 1 % de l’élément carbone.