Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay

Résonance paramagnétique électronique

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Christian HERRERO

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Qu’est-ce que la RPE?

La RPE (Résonance Paramagnétique Electronique) est une technique spectroscopique permettant de détecter les espèces possédant des électrons non-appariés. Les espèces peuvent être des radicaux libres (stables ou de courte durée de vie), des états triplets, ou des ions de métaux de transition tels que Cu(II), Mn(II), V(IV), Fe(III), Cr(III), Cr(V), Co(II), Rh(II), Ni(I), Mo(V), Ti(I) et Ti(III), impliqués dans des réactions catalytiques ou présents dans les métalloprotéines. Cette technique permet également de détecter les défauts présents dans les matériaux.

Quelles informations peut apporter la RPE?

La spectroscopie de résonnance paramagnétique électronique est une technique très sensible permettant d’identifier des espèces paramagnétiques. Elle permet aussi d’obtenir des informations sur l’environnement moléculaire des espèces radicalaires étudiées. La forme des spectres RPE apporte des informations sur des processus dynamiques comme des mouvements moléculaires

 

 

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La technique de « spin trapping » permet de détecter les radicaux libres, réactifs ou de courte durée de vie. Un piégeur de radical est un composé diamagnétique qui réagit avec le composé d’intérêt paramagnétique, formant ainsi un nouveau radical plus stable que l’espèce radicalaire de départ.

Les piégeurs de radicaux sont généralement utilisés pour stabiliser les radicaux de petite taille, étudiés en milieu physiologique, tels que les radicaux hydroxyles, le superoxyde et les radicaux organiques.

La RPE est une technique très utile pour déterminer l’état de spin d’une espèce paramagnétique. Un spectromètre RPE mesure la première dérivée de la résonance par rapport au champ magnétique. La dérivée de ce signal donne le spectre d'absorption correspondant, et une dérivée seconde permet d’obtenir l’aire sous le spectre d'absorption RPE. L’aire du spectre obtenu peut être  comparée à celles d’une gamme étalon appropriée, ce qui permet de remonter à la concentration de l'échantillon étudié.

Quel est le principe de la RPE?

La RPE est une technique spectroscopique permettant de détecter les transitions d'électrons non appariés au sein d’une espèce moléculaire, suite à l’application d’un champ magnétique. Comme le proton, l'électron possède un "spin", ce qui lui confère une propriété magnétique appelée « moment magnétique ». Lorsqu’un champ magnétique externe est appliqué, la levée de dégénérescence permet aux électrons non appariés de s’orienter dans une direction parallèle ou antiparallèle à la direction du champ magnétique, créant ainsi deux niveaux d'énergie distincts. La RPE permet de détecter les transitions des électrons non appariés entre ces deux niveaux

zeeman derivative.jpg Initialement, les électrons sont localisés dans le niveau de plus basse énergie (i.e parallèle au champ) et les niveaux supérieurs ne sont pas peuplés (antiparallèle). Pour faire passer les électrons du niveau inférieur vers le niveau supérieur, nous utilisons une fréquence fixe d'irradiation, appartenant à la gamme des micro-ondes. Pour que la transition se produise, le champ magnétique appliqué doit posséder une intensité bien spécifique, de sorte que l’écart d'énergie entre les états inférieurs et supérieurs corresponde à la fréquence micro-onde appliquée. Pour atteindre cette condition, il est nécessaire de faire varier progressivement le champ magnétique de l'aimant externe tout en exposant l'échantillon à une fréquence fixe d'irradiation micro-ondes. Lorsque le champ magnétique et la fréquence appliquée permettent de faire transiter les électrons entre les deux états énergétiques, on parle alors de condition de résonnance.

 

Liens utiles

Review on theory of EPR

Review on the practical aspects of EPR

PowerPoint presentation on EPR basics

Bruker's ELEXSYS 500 user's manual

 

Utilisation

Pas d’accès libre sauf conditions d'accord.

Options diverses

  • Bande X (9.4 GHz), Bande Q (34 GHz), Endor bande X et Endor bande Q
  • Etudes en température : de l’ambiante à 80K avec l'azote liquide et jusqu'à 5K avec l'hélium liquide
  • Irradiation in situ
  • Couplage electrochimie (prochainement)

Liens extérieurs

L’Association Française de Résonance Paramagnétique Electronique (ARPE)

REseau NAtional de Rpe interDisciplinaire (RENARD)