Rotation d'angle magique

En spectroscopie RMN du solide , la rotation à l'angle magique (MAS) est une technique couramment utilisée pour produire des spectres RMN de 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 .

Les trois principales interactions responsables de la RMN à l'état solide ( dipolaire , anisotrope par déplacement chimique , quadrupolaire ) conduisent souvent à des lignes RMN très larges et sans relief. Cependant, ces trois interactions dans les solides dépendent de l'orientation et peuvent être moyennées dans une certaine mesure par MAS :

• L'interaction dipolaire nucléaire a une dépendance, où est l'angle entre l'axe internucléaire et le champ magnétique principal. En conséquence, l'interaction dipolaire disparaît à l'angle magique θ _m et l'interaction contribuant à l'élargissement de la ligne est supprimée. Même si tous les vecteurs internucléaires ne peuvent pas être tous réglés 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, un ensemble de bandes latérales de rotation apparaît sur les spectres, qui sont des lignes nettes séparées de la fréquence de résonance isotrope par un multiple de la vitesse de rotation.
• L' anisotropie de déplacement chimique (CSA) représente la dépendance de l'orientation du déplacement chimique. Les motifs de poudre générés par l'interaction CSA peuvent être moyennés par MAS, ce qui donne une résonance unique centrée sur le déplacement chimique isotrope (centre de masse du motif de poudre).
• L'interaction quadrupolaire n'est que partiellement moyennée par MAS, laissant une interaction quadrupolaire secondaire résiduelle.

Dans la RMN en solution, la plupart de ces interactions sont moyennées en raison du mouvement moléculaire moyen rapide dans le temps qui se produit en raison de l'énergie thermique (culbutage moléculaire).

La rotation de l'échantillon est obtenue via un mécanisme de turbine à air à impulsion, où le tube d'échantillon est soulevé avec un palier à gaz comprimé sans frottement et tourné avec un entraînement à gaz. Les tubes d'échantillon sont des cylindres creux disponibles dans une variété de diamètres extérieurs allant de 0,70 à 7 mm, montés avec un capuchon de turbine. Les rotors sont généralement fabriqués en oxyde de zirconium, bien que d'autres matériaux céramiques ( nitrure de silicium ) ou polymères ( poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), polyoxyméthylène (POM)) puissent être trouvés. Des capuchons amovibles ferment les extrémités du tube d'échantillon. Ils sont fabriqués à partir d'une gamme de matériaux généralement Kel-F , Vespel ou zircone et nitrure de bore pour une plage de température étendue.

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

Le HRMAS est généralement appliqué aux solutions et aux gels où les interactions dipôle-dipôle ne sont pas suffisamment moyennées par le mouvement moléculaire intermédiaire. Le HRMAS peut réduire considérablement les interactions dipolaires résiduelles et produire des spectres avec des largeurs de raie similaires à la RMN en solution. Le HRMAS comble l'écart 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 issus d'une maladie neurodégénérative.

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

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

Plutôt que d'utiliser des rotors cylindriques, les sphères rotatives peuvent être tournées de manière stable à l'angle magique, ce qui peut être utilisé pour augmenter le facteur de remplissage des bobines, améliorant ainsi la sensibilité. Les sphères rotatives à angle magique permettent un MAS stable avec des vitesses de rotation plus rapides.

L'utilisation de la RMN MAS en biologie structurale présente des avantages considérables. La rotation à 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 avec d'autres méthodes.