Le futur de la résonance magnétique nucléaire à haut champ? La RMN à deux champs !
Pour caractériser un échantillon à l’échelle de l’atome, les scientifiques ont notamment recours à la résonance magnétique nucléaire (RMN). Pour la plupart des atomes étudiés, la qualité de l’information délivrée par cette technique dépendra de l’intensité du champ magnétique : plus celui-ci est puissant, plus les signaux émis sont intenses et résolus, c’est-à-dire séparés les uns des autres. Ces avantages des haut champs magnétiques sont mis à défaut pour les atomes en équilibre dynamique entre plusieurs états, pour lesquels le signal se détériore ou disparaît à haut champ. Pour pallier cette perte d’information, les chercheurs du Laboratoire des biomolécules (CNRS/ENS/UPMC) proposent d’enregistrer les signaux RMN à deux champs magnétiques simultanément, faisant ainsi réapparaître le signal. Ces travaux innovants, parus dans la revue Angew. Chem. Int. Ed., vont permettre d’observer des systèmes moléculaires dynamiques.
La résonance magnétique nucléaire (RMN) permet d’explorer les propriétés de la matière à l’échelle de l’atome. Lorsque que l’on place un atome dans un champ magnétique, le noyau se comporte comme un petit aimant qui renseigne sur la structure de l’atome sondé.
Augmenter le champ magnétique permet d’obtenir une aimantation nucléaire plus importante qui fournira des signaux plus intenses, et donc plus d’information. De plus, la séparation entre les signaux augmente avec le champ magnétique : on dit que l’on obtient une meilleure résolution entre les signaux, ce qui permet d’extraire une information plus fine des spectres. Les progrès de la RMN moderne semblent donc être corrélés au développement de spectromètres dont les aimants délivrent des champs de plus en plus intenses. A contrario, pour certains atomes en équilibre dynamique entre plusieurs états (échange entre deux molécules par exemple), les signaux RMN s’élargissent (perte de résolution et d’intensité) lorsque l’on augmente le champ magnétique et même parfois disparaissent.
Pour contourner ce problème tout en continuant à bénéficier des avantages des hauts champs magnétiques, une équipe du Laboratoire des biomolécules propose une approche innovante pour observer l’aimantation des atomes à deux champs magnétiques simultanément, l’un élevé, l’autre beaucoup moins. Les premières expériences ont été réalisées sur une petite molécule simple, un triazène, dont deux groupes méthyles s’échangent de manière dynamique. Les signaux de ces deux groupes disparaissent du spectre sur un spectromètre à haut champ. Les signaux, rendus invisibles par l’échange, réapparaissent dans le spectre obtenu avec deux champs magnétiques.
La RMN à deux champs permet donc d’observer des systèmes moléculaires dynamiques jusqu’à maintenant impossibles à caractériser à très hauts champs magnétiques dans des conditions optimales. Elle présente l’avantage des très hauts champs tout en palliant la détérioration des signaux due à l’échange dynamique
Référence
S. F. Cousin, P. Kadeřávek, B. Haddou, C. Charlier, T. Marquardsen, J.-M. Tyburn, P.-A. Bovier, F. Engelke, W. Maas, G. Bodenhausen, P. Pelupessy & Fabien Ferrage
Recovering Invisible Signals by Two-Field Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy
Angew.Chem.Int. Ed. 15 juillet 2016