moments magnétiques - Tutorat Associatif Marseillais

La RMN en
médecine
I. Base de la RMN
II. Phénomènes de RMN
I. Base de la RMN
Utilisation de la composante magnétique d'un rayonnement
électromagnétique (RF++) pour perturber et ainsi mesurer
l'intéraction entre les moments magnétiques de certains noyaux
(spins) et un champ magnétique statique intense.
I. Base de la RMN
Utilisation de la composante magnétique d'un rayonnement
électromagnétique (RF++) pour perturber et ainsi mesurer
l'intéraction entre les moments magnétiques de certains noyaux
(spins) et un champ magnétique statique intense.
- Spectroscopie par RMN (SRM)
- Imagerie par résonnance magnétique (IRM)
I. Base de la RMN
Utilisation de la composante magnétique d'un rayonnement
électromagnétique (RF++) pour perturber et ainsi mesurer
l'intéraction entre les moments magnétiques de certains noyaux
(spins) et un champ magnétique statique intense.
- Spectroscopie par RMN (SRM)
- Imagerie par résonnance magnétique (IRM)
Cartographier les protons de l'eau selon leur densité ou leurs
caractéristiques de relaxation
II. Phénomènes de RMN les propriétés magnétiques des noyaux des atomes
1. Champ magnétique intense = polarisation
2. Champ électromagnétique = excitation
3. Retour à l'équilibre = relaxation
II. Phénomènes de RMN : les
propriétés magnétiques des noyaux
des atomes
A. Les états énergétiques du noyau
Modélisation inspirée de celle présentée pour les électrons
atomiques = modèle en couche
II. Phénomènes de RMN : les
propriétés magnétiques des noyaux
des atomes
A. Les états énergétiques du noyau
Modélisation inspirée de celle présentée pour les électrons
atomiques = modèle en couche
Comme pour les e- : un nucléon au sein du noyau se trouve associé
à quatre nombres quantiques
II. Phénomènes de RMN : les
propriétés magnétiques des noyaux
des atomes
A. Les états énergétiques du noyau
Modélisation inspirée de celle présentée pour les électrons
atomiques = modèle en couche
Comme pour les e- : un nucléon au sein du noyau se trouve associé
à quatre nombres quantiques
1. Nombre quantique principal n 2. Nombre quantique orbital l 3. Nombre quantique magnétique m
4. Nombre quantique de spin s II. Phénomènes de RMN : les
propriétés magnétiques des noyaux
des atomes
A. Les états énergétiques du noyau
1. Nombre quantique principal n Entier non nul
Couche occupée par le nucléon
II. Phénomènes de RMN : les
propriétés magnétiques des noyaux
des atomes
A. Les états énergétiques du noyau
2. Nombre quantique orbital l Entier variant de 0 à n-1
Quantifie la norme du moment cinétique orbital du nucléon
∥⃗
L∥=(h÷2Π)√ l(l+1)
II. Phénomènes de RMN : les
propriétés magnétiques des noyaux
des atomes
A. Les états énergétiques du noyau
3. Nombre quantique magnétique orbital m Entier variant de -l à +l par pas de 1
Quantifie la projection de L sur une direction privilégiée (celle d'un
champ magnétique externe Bo)
II. Phénomènes de RMN : les
propriétés magnétiques des noyaux
des atomes
A. Les états énergétiques du noyau
4. Nombre quantique de spin s s = ± 1/2
Quantifie la norme du moment angulaire du spin du nucléon
∥⃗
S∥=(h÷2 Π) √ s( s+1)
II. Phénomènes de RMN : les
propriétés magnétiques des noyaux
des atomes
A. Les états énergétiques du noyau
Le nombre quantique j :
j = 1/2, 3/2, 5/2...
Quantifie le moment angulaire total ∥⃗
L +⃗
S∥
j=∣l+s∣
II. Phénomènes de RMN : les
propriétés magnétiques des noyaux
des atomes
A. Les états énergétiques du noyau
On peut placer 2j+1 nucléons de chaque type (p+ ou n) sur chaque
sous-couche caractérisée par une valeur de j.
●
Couche 1 :
n = 1 ; l = 0 ; s = ± 1/2 => j = 1/2 : 2 nucléons de chaque type
●
Couche 2 :
n = 2 ; l = 0 ou 1 ; s = ± 1/2 => j = 1/2 ou j = 3/2 : 6 nucléons de
chaque type
II. Phénomènes de RMN : les
propriétés magnétiques des noyaux
des atomes
A. Les états énergétiques du noyau
On peut placer 2j+1 nucléons de chaque type (p+ ou n) sur chaque
sous-couche caractérisée par une valeur de j.
●
Couche 3 :
n = 3 ; l = 0 ou 1 ou 2 ; s = ± 1/2 => j = 1/2 ou j = 3/2 ou j=5/2 II. Phénomènes de RMN : les
propriétés magnétiques des noyaux
des atomes
A. Les états énergétiques du noyau
Dans un noyau, sur chacune des couches, les nucléons se
combinent en opposition (↑↓) selon un principe d'exclusion par
paire de particules et ce, sans mélange d'espèce (p,p et n,n).
II. Phénomènes de RMN : les
propriétés magnétiques des noyaux
des atomes
A. Les états énergétiques du noyau
Dans un noyau, sur chacune des couches, les nucléons se
combinent en opposition (↑↓) selon un principe d'exclusion par
paire de particules et ce, sans mélange d'espèce (p,p et n,n).
Le spin nucléaire I résultant est :
–
nul si tous les nucléons sont appariés
–
Demi-entier ou entier si au moins l'un des deux types de
nucléon n'est pas apparié
II. Phénomènes de RMN : les
propriétés magnétiques des noyaux
des atomes
A. Les états énergétiques du noyau
Règles de sélection :
A pair et Z pair → I = 0 → pas de RMN
A impair et Z pair → I demi entier → RMN
A pair et Z impair → I entier → RMN
II. Phénomènes de RMN : les
propriétés magnétiques des noyaux
des atomes
A. Les états énergétiques du noyau
Hydrogène :
1 proton ; A pair et Z impair
Spin nucléaire résultant I = 1/2 → RMN
Helium :
2 protons et 2 neutrons ; A pair et Z pair
Spin nucléaire résultant I = 0 → pas de RMN
II. Phénomènes de RMN : les
propriétés magnétiques des noyaux
des atomes
A. Les états énergétiques du noyau
Lorsque I ≠ 0, le noyau est considéré comme étant une particule
possédant une masse et une chargé électrique qui tourne autour
de son axe.
●
●
Masse en rotation : moment cinétique ⃗
L
Charge en rotation : moment magnétique ⃗
µ
µ=γ ⃗
L
⃗
II. Phénomènes de RMN : les
propriétés magnétiques des noyaux
des atomes
A. Les états énergétiques du noyau
µ=γ ⃗
L
⃗
Le moment cinétique est colinéaire au moment magnétique
Ɣ → rapport gyro-magnétique du noyau (Mhz/Tesla)
→ caractéristique du noyau
Résumé : qu'est-ce qu'un spin ?
●
●
●
●
Paramètre physique intrinsèque de toute particule isolée (charge
électrique, masse)
Paramètre quantique qui rend compte du mouvement de la
rotation d'une particule sur elle-même
Un nucléon non apparié possède un spin de 1/2
Un noyau possédant un spin résultant I ≠ 0 se comporte comme
un petit aimant caractérisé par son moment magnétique ⃗
µ