Niveaux de spin

Dans ce qui suit, vous allez avoir deux types d'informations :

  • des informations corpusculaires quantifiées concernant le noyau isolé. C'est l'aspect microscopique. On regarde ce qui se passe à l'échelle microscopique...

  • des informations plus globales... Quand on réalise un spectre RMN, on ne peut pas faire le spectre d'UNE molécule... mais d'une certaine quantité du composé et donc d'une grande collection de molécules... Dans ce cas, c'est l'aspect macroscopique, on regarde ce qui se passe à l'échelle macroscopique !

Cas du noyau isolé.

A l'échelle du noyau (aspect microscopique) un spin (I= ) est associé à un moment magnétique de spin (magnéton de Bohr). Un moment magnétique de spin peut être assimilé à une aiguille aimantée microscopique. En l'absence de champ, son orientation est quelconque. Par contre, placée dans un champ magnétique Bo, cette aiguille aimantée va s'orienter-soit parallèlement au champ, situation la plus stable, m=+ ,- soit antiparallèlement, situation la moins stable, m=- .

Il y aura deux niveaux d'énergie différente associés à cette situation.

A l'échelle d'une collection de molécules (aspect macroscopique), sans le champ, les moments magnétiques de spin de l'ensemble des noyaux étudiés n'ont pas d'orientation privilégiée puisque seul le champ magnétique (ici absent) est à l'origine de cette orientation. Tous ces moments magnétiques sont donc uniformément distribués sur un même niveau d'énergie.

En présence d'un champ Bo, les moments magnétiques de spin des différents noyaux vont statistiquement être distribués entre deux niveaux d'énergie, les noyaux les plus stables (pour m=+ ) étant les plus nombreux.Nous allons voir pourquoi !Boltzmann est passé par là...

L'équation de Boltzmann permet d'évaluer la différence de population entre ces deux états d'énergie ; elle est essentiellement dépendante de la différence d'énergie et de la température. Ainsi pour des niveaux électroniques (cas des transitions UV, IR), le niveau le plus bas concerne la quasi totalité de la population, l'état excité étant quasi vacant. Dans ce cas, est important.

Pour les états quantiques de spin, est très faible, c'est la plus faible transition mesurable en spectroscopie. De ce fait, les populations sont très voisines. A titre d'exemple, pour le noyau d'hydrogène étudié à une fréquence = 60 MHz, pour un champ Bo = 14000 gauss = 1,4 Tesla, le rapport de la population m=+ sur la population m=- est de 1,000006.

Cet excès de magnétisation s'appelle la magnétisation macroscopique Mo. Ce sont les échanges entre le niveau m=+ et le niveau m=- qui constituent le phénomène de Résonance Magnétique Nucléaire. Compte tenu de la faible valeur de cet excès de population à l'état m=+ la technologie RMN nécessitera une extrême sensibilité.

Légende :
Apprendre
S'évaluer
S'exercer
Observer
Simuler
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