Qu'est-ce que la résonance magnétique nucléaire?
Tous les noyaux magnétiques possèdent une propriété appelée résonance magnétique nucléaire, ou RMN, lorsqu'ils se trouvent dans un champ magnétique et que certaines autres conditions sont remplies. Une gamme de technologies différentes a été développée selon ces principes. Celles-ci incluent divers types d’imagerie médicale et de spectroscopie.
La résonance magnétique nucléaire repose sur le fait que, lorsqu'une impulsion électromagnétique oscillante est appliquée aux noyaux situés dans un champ magnétique, les noyaux individuels absorbent de l'énergie, puis libèrent cette énergie selon des motifs spécifiques. Le modèle d’absorption et de libération d’énergie dépend de la force du champ magnétique ainsi que de certaines autres variables. En examinant ces modèles, les physiciens sont en mesure d'étudier les propriétés de la mécanique quantique des noyaux atomiques. Les chimistes peuvent utiliser la technologie RMN pour explorer la composition chimique et structurelle des échantillons et, en médecine, la technologie de résonance magnétique nucléaire est à la base d'un type d'équipement d'imagerie médicale souvent utilisé.
Toute la technologie RMN repose également sur une propriété appelée spin . Lors de la détermination si un noyau atomique donné a une rotation, le nombre de nucléons dans l'atome est compté. Le nucléon est le nom collectif donné aux protons et aux neutrons. Si le nombre de protons et de neutrons dans un noyau est un nombre impair, la quantité de spin du noyau est supérieure à zéro. On dit donc que ce noyau possède la propriété de spin. Tout noyau possédant une rotation peut être examiné à l'aide de la technologie RMN.
En spectroscopie à résonance magnétique nucléaire, une machine appelée spectromètre à résonance magnétique nucléaire est utilisée pour obtenir des informations sur le type, le nombre et la disposition des noyaux dans un échantillon donné. L'analyse d'un spectre RMN par un chimiste, par exemple, peut fournir des informations sur les différents types de produits chimiques présents dans un échantillon, ainsi que sur la structure des différentes molécules présentes. La spectroscopie RMN a, par exemple, contribué à la compréhension de la structure des acides nucléiques et des protéines et fournit également des indices sur le fonctionnement de ces molécules.
La base de l'imagerie par résonance magnétique nucléaire repose sur le fait que la fréquence de résonance de différentes molécules est proportionnelle à la force du champ magnétique qui leur est appliqué. Lorsqu'un échantillon est placé dans un champ magnétique oscillant, les fréquences de résonance des noyaux dans l'échantillon varient en fonction de leur emplacement dans ce champ. Ces variations peuvent ensuite être utilisées pour construire une image de l'échantillon lui-même.
En médecine, cette technique est communément appelée imagerie par résonance magnétique ou IRM. Cet équipement d'imagerie médicale utilise des champs magnétiques pour aligner les atomes d'hydrogène présents dans l'eau. Étant donné que le corps humain contient une grande proportion d’eau, aligner les atomes d’hydrogène de cette manière fournit suffisamment d’informations pour construire une image de la structure interne du corps. La possession de vrille est un concept important dans cette technologie. En effet, les atomes d'hydrogène, qui ont une rotation, répondent différemment aux champs magnétiques en fonction des types de molécules auxquels ils sont liés et même des types de molécules auxquels ils sont proches.
La technologie RMN a de nombreuses autres applications théoriques et pratiques. Les industries du pétrole et du gaz naturel utilisent la technologie RMN pour faciliter l'exploration de la roche terrestre afin de localiser les gisements de ces combustibles. L’une des utilisations les plus importantes de la technologie RMN dans l’examen des échantillons est qu’elle est réalisée sans détruire l’échantillon. Cela signifie que les tests de RMN peuvent être effectués sur des échantillons délicats ou dangereux avec un risque très réduit.