La résonance magnétique nucléaire (RMN) est utilisée dans une large gamme d'applications. En chimie, la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire est d'usage courant à des fins d'analyse, dans le domaine médical, L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est utilisée pour voir les structures et le métabolisme dans le corps. Des scientifiques de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) et de l'Institut Helmholtz de Mayence (HIM), travaillant en collaboration avec des chercheurs invités de Novossibirsk en Russie, ont développé une nouvelle méthode d'observation des réactions chimiques.

Pour cela, ils utilisent la spectroscopie RMN, mais avec une torsion inhabituelle :il n'y a pas de champ magnétique. « Cette technique a deux avantages. Pour commencer, nous sommes en mesure d'analyser des échantillons dans des conteneurs métalliques et, à la fois, nous pouvons examiner des substances plus complexes constituées de différents types de composants, " a déclaré le professeur Dmitry Budker, chef du groupe basé à Mayence. "Nous pensons que notre concept pourrait être extrêmement utile lorsqu'il s'agit d'applications pratiques."

En tant que technique chimique, La spectroscopie RMN est utilisée pour analyser la composition des substances et déterminer leurs structures. La RMN à haut champ est fréquemment utilisée, qui permet l'examen non destructif des échantillons. Cependant, cette méthode ne peut pas être utilisée pour observer des réactions chimiques dans des récipients métalliques car le métal agit comme un bouclier, empêchant la pénétration des fréquences relativement élevées. Pour cette raison, Les conteneurs d'échantillons RMN sont généralement en verre, quartz, Plastique, ou en céramique. Par ailleurs, les spectres RMN à champ élevé d'échantillons hétérogènes contenant plus d'un composant ont tendance à être médiocres. Il existe des concepts plus avancés mais ceux-ci présentent souvent l'inconvénient de ne pas permettre le suivi in ​​situ des réactions.

Utilisation de la résonance magnétique à champ nul à ultra-faible proposée comme solution

L'équipe dirigée par le professeur Dmitry Budker a ainsi proposé l'utilisation de la résonance magnétique nucléaire à champ nul à ultra-faible, ZULF RMN pour faire court, afin de contourner les problèmes. Dans ce cas, en raison de l'absence d'un fort champ magnétique externe, un conteneur métallique n'aura pas d'effet écran. Le groupe de recherche a utilisé un tube à essai en titane et un tube à essai RMN en verre conventionnel à des fins de comparaison dans leurs expériences. Dans chaque cas, De l'hydrogène gazeux para-enrichi a été mis à barboter dans un liquide pour initier une réaction entre ses molécules et l'hydrogène.

Les résultats ont montré que la réaction dans le tube en titane pouvait être facilement surveillée à l'aide de la RMN ZULF. Il a été possible d'observer la cinétique de la réaction en cours avec une résolution spectroscopique élevée tout en faisant continuellement barboter du gaz parahydrogène. « Nous prévoyons que la RMN ZULF trouvera une application dans le domaine de la catalyse pour le suivi des réactions operando et in situ ainsi que dans l'étude des mécanismes de réaction chimique dans des conditions réalistes, " écrivent les chercheurs dans leur article publié dans la principale revue scientifique Angewandte Chemie Édition Internationale .

Trois chercheurs du Centre international de tomographie de Novossibirsk ont ​​également participé au projet, à savoir le professeur Igor V. Koptyug, chercheur invité à HIM à Mayence, Dudari B. Burueva, un doctorant de Koptyug qui était également un chercheur invité et un premier auteur conjoint de l'étude maintenant publiée, et le Dr Kirill V. Kovtunov. "Malheureusement, notre collègue Kirill Kovtunov est décédé lors de la préparation du manuscrit de cette publication. Ses contributions ont été très importantes pour nous, " a reconnu le professeur Dmitry Budker. En outre, un groupe de jeunes scientifiques de HIM et JGU a collaboré au projet de recherche, à savoir le co-premier auteur Dr James Eills, et le Dr John W. Blanchard, avec les doctorants Antoine Garcon et Román Picazo Frutos.