Le moment magnétique et le modèle vectoriel en RMN

Résumé du document

Présentation du moment magnétique et du modèle vectoriel en RMN. La première partie est consacrée au moment magnétique. On y donne sa définition en introduisant les notions de spin et de rapport gyromagnétique. On aborde ensuite quelques aspects énergétiques et en particulier les états dégénérés de spins. Dans la deuxième partie, on s'attaque tout d'abord à l'aimantation nucléaire M avant de voir la précession de Larmor. Enfin, on introduit les référentiels utiles pour décrire l'aimantation en RMN.

Extraits

[...] Figure-1-1 : Le noyau possède un moment magnétique qui peut être assimilé en première approximation à un petit aimant. La mécanique quantique décrit le comportement de μ à l'aide du nombre de spin I. Pour les nucléons (proton et neutron), I est égal à Pour les noyaux, le nombre quantique de spin est déterminé par la contribution de chacune des particules élémentaires qui le constituent. Pour les noyaux à nombre de masse et de numéro atomique pairs (noyaux pairs-pairs), I = 0. [...]

[...] On caractérise l'état stationnaire du noyau en utilisant le nombre quantique magnétique, m = Par exemple, si l'on considère un proton = placé dans un champ magnétique, il y a deux états possibles : m = I = ou m = I = = Conventionnellement, ces deux états sont appelés : α pour m = et β pour m = En présence d'un champ magnétique externe, homogène et statique ( la composante de suivant prendra les valeurs discrètes : Donc pour un proton où m = : La figure 1-2 illustre les deux orientations possibles pour un spin dans un champ magnétique statique Figure 1-2 : Orientations du dipôle magnétique dans un champ magnétique pour un spin Aspect énergétique En absence de champ magnétique extérieur, tous les états de spin possèdent la même énergie. Ils sont dits dégénérés. En présence du champ magnétique , une interaction survient entre et le moment nucléaire . L'énergie de cette interaction est : Cette énergie dépend donc de l'orientation de par rapport à Elle vaut : Ainsi la dégénérescence est levée et il existe une différence d'énergie (Ε ' h υ0 entre deux niveaux d'énergie consécutifs (figure 1-3). Figure 1-3 : Énergies des spins en fonction du module du champ appliqué . [...]

[...] Pour un spin : Compte tenu des énergies mises en jeu en RMN, on peut faire l'approximation suivante : Ce rapport est donc proportionnel à B Le modèle vectoriel 2.1 L'Aimantation Dans un échantillon macroscopique, un grand nombre de noyaux coexistent. On peut considérer qu'ils sont orientés de manière totalement statistique (figure 1-4a) et sont animés d'un mouvement aléatoire par l'agitation thermique. Lorsque l'échantillon est plongé dans un champ magnétique externe intense les moments magnétiques nucléaires s'orientent dans la direction de ce champ. Toutefois, l'agitation thermique contrarie cette orientation. Comme nous l'avons vu au paragraphe précédent, les moments magnétiques de spin ne peuvent adopter que deux orientations possibles, l'une sensiblement parallèle à et l'autre sensiblement anti-parallèle (figure 1-4b). [...]

[...] Daniel Canet, Jean-Claude Boudel et Emmanuelle Canet Soulas. Dunod, Paris Chapitres 2 et 4. SpinChoregraphy : Basic steps in high resolution NMR. Ray Freeman. Oxford University Press, Oxford Chapitres et 3. [...]

[...] Le second est constitué de trois axes (x', y' et z') également orthogonaux, mais x' et y' tournent autour de z' à la même vitesse angulaire que . Celui-ci est donc immobile dans le référentiel tournant. Par ailleurs, z' est confondu avec z et est donc parallèle à . L'axe z (ou z') est appelé axe longitudinal et le plan ou (x'y') est appelé plan transversal. A un instant quelconque d'une expérience de RMN, l'aimantation a une composante parallèle à dite aimantation longitudinale (notée Mz) et une composante perpendiculaire dite aimantation transversale (notée Mxy). BIBLIOGRAPHIE : La RMN : Concepts et méthodes. [...]