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Chapitre 4 • Méthodes spectroscopiques d’analyse des structures
4.4 RÉSONANCE MAGNÉTIQUE NUCLÉAIRE (RMN)
a) Principe de la RMN
Tout comme l’électron (chapitre 1) certains noyaux atomiques
peuvent avoir un spin non nul ( 1 H, 13 C, 15 N, 31 P…). Nous allons nous
intéresser à la RMN du proton (noyau de l’atome d’hydrogène). Ce
dernier a un spin nucléaire I qui, comme l’électron peut prendre la
valeur I 1 = + 1/2 (état α) ou I 2 = − 1/2 (état β). Le spin rendant
compte de la rotation d’une particule chargée sur elle-même va
induire un vecteur moment magnétique m. Appliquons à ce proton un
champ magnétique 0 et soient 1 et 2 les projections sur B 0* des
moments magnétiques correspondant à I 1 et I 2 . On montre que
l’énergie induite dans de telles conditions est égale au produit du
moment 1 et 2 sont égaux et opposés on a 1 = – 2 = . On crée
donc deux niveaux (fg. 4.8) E 1 = µB 0 et E 2 = –µB 0 .
Figure 4.8 Niveaux d’énergie du proton dans un champ magnétique.
La différence d’énergie entre ces deux niveaux est donc
∆E = E 2 – E 1 = 2µB o . Appliquons alors à ce système plongé dans un
champ magnétique un rayonnement électromagnétique dont la
fréquence ν se situe dans le domaine des ondes radio ν (entre 60 et
700 MHz). L’énergie appliquée est E = hν. Pour une fréquence ν o
l’énergie du rayonnement sera exactement égale à ∆E on aura donc :
∆E = 2µB o soit :
B o = hν o /2µ
(1)
Par conséquent pour certaines valeurs de la fréquence à champ magnétique constant
ou certaines valeurs du champ magnétique à fréquence constante on a une transition
qui se manifeste par une inversion du spin nucléaire de l’atome d’hydrogène.
b) Phénomène du déplacement chimique
Considérons une molécule présentant un atome d’hydrogène
(ex. HCCl 3 ).
B
µ
µ
µ
µ
µ
µ
µ
E 1 = -µB 0
E 2 = µB 0
hν
( état α α )
( état β )
B 0
H
B 0