Résonance magnétique nucléaire - Aspects théoriques

La résonance magnétique nucléaire, RMN, est l’une des méthodes spectroscopiques d’analyse de la matière. Par rapport aux autres méthodes spectroscopiques, la RMN se situe à l’échelon le plus bas de l’échelle des énergies mises en jeu. En conséquence la RMN permet un examen extrêmement détaillé et non destructif de l’échantillon .

Le phénomène physique de base est le magnétisme nucléaire . La très grande majorité des éléments possède cette propriété au moins sous certaines formes isotopiques.

Le champ d’investigation de la RMN est exceptionnellement large. Citons l’étude des molécules organiques, biologiques, inorganiques, l’étude des solides, l’étude des êtres vivants. Il est possible d’examiner quelques milligrammes voire microgrammes d’une molécule en solution ou bien un fragment d’une pierre d’une cathédrale mais aussi un enfant nouveau-né.

Pourquoi la RMN est-elle un moyen d’investigation si puissant ?

Les informations correspondant à des noyaux de types différents, par exemple ¹ H et ¹³ C ou ¹ H et ² H sont totalement distinctes. Dans les milieux liquides isotropes (RMN haute résolution), les différents noyaux d’un même type, par exemple ¹ H ou ¹³ C ou ¹⁵ N, donnent chacun une réponse individuelle en fonction des caractéristiques de leur environnement. En analyse structurale il est possible de repérer l’enchaînement des atomes, leurs positions relatives dans l’espace. La proximité des noyaux à travers l’espace, soit à l’intérieur d’une molécule soit entre entités distinctes, peut être établie. De nombreux phénomènes d’échange sont détectés et analysés. Les mouvements moléculaires, mouvement global d’une molécule, mouvement interne d’une partie de la molécule ou mouvements relatifs d’entités distinctes (diffusion) peuvent être étudiés.

Dans les milieux anisotropes, liquides orientés et solides, la RMN présente des contraintes supplémentaires liées en particulier à la mobilité réduite des noyaux. Elle a néanmoins de nombreux intérêts : détermination de paramètres non accessibles en milieu isotrope, observation de substances insolubles, de l’intégrité structurale lorsque la dissolution dans un solvant ne permet pas de la conserver. Elle va bien au-delà de l’étude par rayons X puisqu’il n’est pas nécessaire que le solide soit un cristal.

La RMN in vivo permet...