Une nouvelle méthodologie pour mesurer la RMN avec des champs magnétiques très faibles
La RMN en champs forts constitue la technique de référence pour les analyses chimiques. Elle permet de déterminer la forme, la structure et la fonction moléculaires, ainsi que d'imager des échantillons chimiques de façon non destructive. En dehors des hôpitaux et de l'industrie pharmaceutique, l'une des principales utilisations de la RMN consiste à fournir des informations uniques sur les champs fluidiques, l'affinité de surface et la chimie de surface des supports catalytiques poreux-solides et dans les roches. Malgré ses avantages, la RMN est souvent coûteuse et exige l'utilisation de champs magnétiques forts incompatibles avec de nombreux matériaux devant être étudiés. Pour surmonter ces inconvénients, le projet ODMR-CHEM, financé par l'UE, a mis au point un ensemble d'outils qui permettent aux scientifiques d'étudier les fluides et l'activité chimique dans des mélanges de matière solide et liquide que l'on trouve dans les réactions en phase hétérogène. «Notre objectif était de relever ce défi en utilisant la RMN avec des champs magnétiques très faibles, en mettant l'accent sur une détection chimique rapide et efficace, la portabilité et un faible coût», déclare le Dr Michael Tayler, chercheur du projet. Présentation du magnétomètre atomique Une avancée majeure du projet a consisté à exploiter les récents développements en matière de magnétomètres atomiques et à mettre au point une nouvelle méthodologie pour mesurer la RMN avec des champs magnétiques très faibles. «Les magnétomètres atomiques sont les détecteurs magnétiques les plus sensibles actuellement disponibles,» explique le Dr Tayler. «Comme ils sont à la fois hautement durables et évolutifs, les magnétomètres sont également importants pour les programmes de recherche de l'UE.» Le développement de cette technologie a débuté à l'Université de Californie à Berkeley (États-Unis) où, sous la direction de groupes de recherche de pointe, le Dr Tayler a appris à fabriquer des magnétomètres et à les utiliser comme détecteurs de RMN. Il a ensuite transmis ces connaissances au Département d'ingénierie chimique de l'Université de Cambridge, où il a consacré ses recherches à l'utilisation de la RMN pour étudier la chimie catalytique in situ et dans des conditions operando. Pour appuyer et compléter cette méthodologie, les chercheurs du projet ont d'autre part créé un spectromètre utilisé à Cambridge pour la recherche sur la RMN en champs faibles. Si cet instrument est employé pour étudier la chimie dans les matériaux poreux, les chercheurs étudient également son utilisation possible comme outil peu onéreux de surveillance des réactions, qui pourrait être utilisé au quotidien en laboratoire. «Lorsque vous recherchez de nouveaux phénomènes scientifiques, il est essentiel de disposer d'instruments de tout premier plan», déclare le Dr Tayler. «En construisant votre propre instrument, comme nous l'avons fait dans le cadre du projet ODMR-CHEM, vous pouvez mieux contrôler vos expériences et réaliser plus rapidement de nouvelles découvertes.» Des progrès continus Même si le projet est officiellement parvenu à son terme, les travaux se poursuivent. C'est ainsi que les chercheurs travaillent actuellement avec le laboratoire de Cambridge et un acteur majeur de l'industrie pétrochimique. «Ensemble, nous étudions comment les techniques mises au point dans le cadre du projet ODMR-CHEM pourraient être employées pour comprendre comment fonctionnent concrètement les catalyseurs et comment optimiser au mieux leur efficacité», ajoute le Dr Tayler. «Jusqu'à présent, les résultats ont été extrêmement positifs.» Avec d'autres groupes en Europe, le Dr Tayler a également contribué à créer un réseau pour la recherche sur la résonance magnétique en champs extrêmement faibles, centré sur les diagnostics médicaux, l'imagerie à très haute résolution, l'analyse chimique et la physique fondamentale. Le consortium a récemment reçu un financement dans le cadre du projet Marie Curie ITN/Horizon 2020 ZULF NMR.
Mots‑clés
ODMR-CHEM, spectromètre, analyse chimique, résonance magnétique nucléaire (RMN), magnétomètres
