Rotation à angle magique

_{Rotation à} l' angle magique : L'échantillon (bleu) tourne à haute fréquence à l'intérieur du champ magnétique principal ( B0 ). L'axe de rotation est incliné de l'angle magique θm _par rapport à la direction de B0 _.

En spectroscopie RMN à l'état solide , la rotation à l'angle magique (MAS) est une technique couramment utilisée pour produire des spectres RMN à meilleure résolution. La RMN MAS consiste à faire tourner l'échantillon (généralement à une fréquence de 1 à 130 kHz ) à l' angle magique θ _m (environ 54,74°, où cos ² θ _m = 1/3) par rapport à la direction du champ magnétique .

Trois interactions principales, responsables en RMN à l'état solide ( dipolaire , anisotropie du déplacement chimique et quadrupolaire ), conduisent souvent à des raies RMN très larges et peu structurées. Cependant, ces trois interactions dans les solides dépendent de l'orientation et peuvent être moyennées dans une certaine mesure par la technique MAS.

L'interaction dipolaire nucléaire a une ${\displaystyle 3\cos ^{2} heta -1 <semantics><mrow><mstyle><mn>3</mn><msup><mi>cos</mi><mrow><mn>2</mn></mrow></msup><mo>⁡</mo><mi>θ</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle 3\cos ^{2} heta -1}</annotation></semantics></math></span><img src=$ ${\displaystyle heta <semantics><mrow><mstyle><mi>θ</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle heta }</annotation></semantics></math></span><img src=$ _m</sub> et l'interaction contribuant à l'élargissement des raies est supprimée. Bien que tous les vecteurs internucléaires ne puissent être alignés sur l'angle magique, la rotation de l'échantillon autour de cet axe produit le même effet, à condition que la fréquence soit comparable à celle de l'interaction. De plus, des bandes latérales de rotation apparaissent sur les spectres ; il s'agit de raies fines séparées de la fréquence de résonance isotrope par un multiple de la vitesse de rotation.
L' anisotropie du déplacement chimique (ADC) représente la dépendance du déplacement chimique à l'orientation. Les diagrammes de diffraction des poudres générés par l'interaction ADC peuvent être moyennés par rotation à l'angle magique (MAS), ce qui donne une seule résonance centrée sur le déplacement chimique isotrope (centre de masse du diagramme de diffraction des poudres).
L'interaction quadripolaire n'est que partiellement moyennée par MAS, laissant une interaction quadripolaire secondaire résiduelle.

En RMN en solution, la plupart de ces interactions sont moyennées en raison du mouvement moléculaire moyen rapide qui se produit en raison de l'énergie thermique (rotation moléculaire).

La rotation de l'échantillon est obtenue grâce à un mécanisme de turbine à air à impulsion . Le tube contenant l'échantillon est soulevé par un palier à gaz comprimé sans frottement et mis en rotation par un entraînement pneumatique. Les tubes contenant l'échantillon sont des cylindres creux de diamètres extérieurs variés, allant de 0,70 à 7 mm, surmontés d'un couvercle de turbine. Les rotors sont généralement en oxyde de zirconium, mais on trouve également d'autres matériaux céramiques ( nitrure de silicium ) ou polymères ( polyméthacrylate de méthyle (PMMA), polyoxyméthylène (POM)). Des bouchons amovibles ferment les extrémités du tube. Ils sont fabriqués dans divers matériaux, généralement du Kel-F , du Vespel , ou encore de la zircone et du nitrure de bore pour une plage de températures étendue.

Le filage à angle magique a été décrit pour la première fois en 1958 par Edward Raymond Andrew , A. Bradbury et R.G. Eades et indépendamment en 1959 par I.J. Lowe. Le nom « filage à angle magique » a été inventé en 1960 par Cornelis J. Gorter au congrès AMPERE de Pise.

Variations

Rotation à angle magique haute résolution (HR-MAS)

La technique HRMAS est généralement appliquée aux solutions et aux gels où les interactions dipôle-dipôle sont insuffisamment moyennées par le mouvement moléculaire intermédiaire. La HRMAS permet de moyenner considérablement les interactions dipolaires résiduelles et d'obtenir des spectres dont la largeur de raie est similaire à celle de la RMN en solution. La HRMAS comble le fossé entre la RMN en solution et la RMN à l'état solide et permet l'utilisation d'expériences en solution

Le HRMAS et son application à la recherche médicale ont été décrits pour la première fois dans une étude de 1997 sur des tissus cérébraux humains provenant d'un trouble neurodégénératif.

Solution Magic Angle Spinning

L'utilisation de la rotation à l'angle magique a été étendue de la RMN à l'état solide à la RMN en solution liquide.

virage à angle magique

La technique de rotation à l'angle magique (MAT) introduite par Gan utilise une rotation lente (environ 30 Hz) d'un échantillon en poudre à l'angle magique, en conjonction avec des impulsions synchronisées à 1/3 de la période du rotor, pour obtenir des informations de décalage isotrope dans une dimension d'un spectre 2D.

sphères en rotation à angle magique

Plutôt que d'utiliser des rotors cylindriques, on peut faire tourner des sphères de manière stable à l'angle magique, ce qui permet d'augmenter le facteur de remplissage des bobines et, par conséquent, d'améliorer la sensibilité. La rotation des sphères à l'angle magique permet une MAS stable à des vitesses de rotation plus élevées.

Applications

L’utilisation de la RMN MAS présente des avantages significatifs en biologie structurale. La rotation à l’angle magique peut être utilisée pour caractériser de grands systèmes insolubles, notamment des assemblages biologiques et des virus intacts, qui ne peuvent pas être étudiés par d’autres méthodes.