| Découvrez un article captivant publié dans Techniques de l’Ingénieur par des chercheurs du Laboratoire de Physique des Solides, présentant une exploration pédagogique de la Résonance Magnétique Nucléaire à gradient de champ (RMN-PFG) et de ses applications fascinantes. |
La Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) est une spectroscopie qui apporte de précieuses informations sur la structure et la dynamique des molécules (déplacements chimiques et couplages, temps de relaxation). Avec le développement des techniques RMN utilisant des gradients de champ magnétique, il est désormais possible d’obtenir des informations spatiales supplémentaires, notamment par le biais de l’imagerie par résonance magnétique et de la mobilité moléculaire translationnelle. Ces mesures non destructives permettent l’exploration de la matière dans une large gamme de conditions physico-chimiques (température, pression, humidité, atmosphère gazeuse, liquide, solide, gaz …), et peuvent être étendues à des études in-situ, telles que des colonnes de chromatographie, des dispositifs électrochimiques, des rhéomètres, des réservoirs naturels (eau, pétrole), des systèmes biomimétiques ou des végétaux.
Dans cet article, les experts de cette technique au Laboratoire de Physique des Solides et leurs collaborateurs présentent de manière accessible une mise au point de la RMN à gradient de champ pulsé (RMN-PFG) et exposent les possibilités offertes dans le domaine des nanomatériaux et de la matière molle.
L’article commence par une description des principes de la spectroscopie RMN, mettant en avant l’apport spécifique des gradients de champ utilisés pour encoder la carte du champ magnétique. L’inhomogénéité du champ magnétique est exploitée pour mesurer les déplacements translationnels des espèces présentes, telles que les molécules, les ions et les nanoparticules, permettant ainsi d’en déduire les coefficients d’autodiffusion associés.
La RMN à gradient de champ trouve des applications avantageuses pour deux types de problématiques rencontrés dans le domaine des nanomatériaux.
I. En solution : Cette technique permet de déterminer la taille ou la masse moléculaire d’entités en solution. Elle est adaptée à la caractérisation d’espèces dont la taille peut varier de quelques angströms à plusieurs centaines de nanomètres. Elle permet également de préciser la forme ou la conformation des objets, tout en offrant la possibilité de :
- Séparer spectralement les informations relatives à différentes entités en présence ;
- Préciser la distribution de masse de ces objets dans le cas d’un mélange polydisperse.
Dans le cas d’assemblages moléculaires, de complexes de coordination, de micelles ou de systèmes associatifs, ces données permettent également de déterminer les constantes d’équilibre et de caractériser les ligands de surface. Ces mesures peuvent être réalisées directement dans le milieu d’intérêt (solvant, pH, force ionique, température…) et trouvent des applications dans les domaines de la chimie, des matériaux, de la chimie colloïdale, des polymères synthétiques et naturels, de l’agroalimentaire, des industries pétrolières et de la formulation.
II- La caractérisation de la matière divisée: Cette méthode permet de déterminer les coefficients d’autodiffusion des molécules ou des polymères confinés dans des milieux divisés hétérogènes, tels que les composés poreux ou lamellaires, les réseaux, les émulsions, les mésophases, les gels, les coacervats, etc. L’analyse de ces données permet de comprendre les interactions entre les molécules confinées et l’espace confinant (ou sa surface), ainsi que d’explorer les propriétés de transport dans ces espaces de dimension réduite. Ces mesures ont des applications diverses dans des domaines comme la catalyse, les matériaux pour l’énergie, les matériaux de filtration, la matière molle et biologique, les biomatériaux, les polymères ou les membranes en gonflement, les phases orientées, la géologie ou la pédologie, entre autres.
Figure 2 : Deux exemples d’utilisation des mesures des coefficients d’auto-diffusion dans le domaine “nano” a) détermination du diamètre hydrodynamique de nanoparticules de CdSe stabilisées b) milieu poreux : influence du temps de diffusion et de la géométrie du milieu confinant sur l’espace sondé par une molécule.
Collaboration
Équipe Matière et Rayonnement – Matrix du LPS
Équipe Corrélations électroniques et hautes pressions – HP du LPS
Laboratoire Léon Brillouin
Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris
Références
Coefficients de diffusion RMN pour décrire les matériaux complexes, P. Judeinstein, F. Ribot, P. Wzietek, M. Zeghal
Techniques de l’Ingénieur, R 1307 (2024) DOI : 10.51257/a-v1-r1307
Contacts
P. Judeinstein – patrick.judeinstein@universite-paris-saclay.fr
P. Wzietek – pawel.wzietek@universite-paris-saclay.fr
M. Zeghal – mehdi.zeghal@universite-paris-saclay.fr