Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Spectromètre RMN“

La réalisation d'une instrumentation automatisée, bien adaptée aux problèmes de la résonance magnétique nucléaire des solides, a permis de rendre opérationnel et performant, le spectromètre RMN à impulsions existant au laboratoire. Ainsi l'adjonction d'un dispositif de variation thermique et l'implantation d'un logiciel de gestion, de conduite et de traitement du signal de précession libre, nous a permis d'effectuer des mesures comparatives des temps relaxation T1 et T1ro et du second moment en fonction de la température des composés: hexaméthylbenzène, hexaméthyléthane et de la zéolithe zsm-5

Ce travail porte sur la conception d'un spectrometre de rmn dans l'etat solide utilise dans une gamme inhabituelle de champ magnetique (0-17. 5 tesla). Apres une discussion des performances et des limites des spectrometres commerciaux disponibles, la description d'un programmateur d'impulsions (25 ns de resolution) et d'un analyseur de transitoire rapide, pilote par un microordinateur est discutee en detail. Le choix du langage de programmation, les problemes lies au transfert de donnees et les limitations qui en decoulent pour une repetition rapide de la sequence de rmn, sont bien discutes; le choix resultant, l'association du langage assembleur et d'asyst offre la possibilite de transformer un logiciel essentiellement monotache en un environnement multitaches et offre a l'experimentateur en rmn du solide les possibilites de traitement du signal dans un environnement de travail ouvert sur un microordinateur. Les performances de ce logiciel sont bien illustrees par des experiences specifiques sur les supraconducteurs a haute temperature

Le travail présenté dans ce mémoire comporte trois parties : la première est de nature informatique (réalisation d'un logiciel de gestion d'un spectromètre), alors que les deux autres sont de nature physico-chimique (étude de la relaxation croisée hétéronucléaire et amélioration des techniques d'imagerie par gradients de champ radiofréquence). L'originalité du nouveau système informatique réside dans l'utilisation de composants adaptés au déroulement d'une séquence RMN (tampon FIFO) et dans la possibilité de modifier facilement le logiciel lors du développement de nouvelles expériences. Le système actuel nous permet d'écrire toutes les séquences de spectroscopie et d'imagerie qui peuvent nécessiter une programmation particulière, et ceci à partir d'un simple calculateur de type Pc. Dans une deuxième étape, nous avons étudié la dynamique de deux systèmes organisés (phase cubique du cristal liquide de l'octanoate de potassium et système micellaire du perfluorooctanoate de césium) au moyen de mesures de paramètres de relaxation classiques et d'expériences HOESY (Heteronuclear Overhauser Effect SpectroscopY) filtrées. Nous avons montré que ces expériences, dans le cas du cristal liquide, étaient le seul outil permettant une détermination fiable des paramètres de relaxation croisée hétéronucléaire et également homonucléaire dans des systèmes présentant une quasi-dégénérescence des résonances protoniques. L'exploitation de ces données expérimentales ainsi que celles obtenues à d'autres valeurs du champ magnétique nous a permis de caractériser la mobilité et le degré d'organisation des chaînes aliphatiques. Quant au système perfluoré, des expériences HOESY 1H_ 19F ont conduit à préciser le comportement de l'eau au voisinage de la surface micellaire. La troisième étape de ce travail a été de transplanter les séquences d'imagerie par gradients B1 sur le nouveau système. La souplesse de celui-ci a permis d'améliorer les performances des séquences, en particulier par optimisation de la procédure d'acquisition. Ainsi, nous avons pu mettre en évidence l'immunité de cette microscopie vis à vis des variations de susceptibilité magnétique au sein de l'objet sous investigation. Nous présentons également l'imagerie de déplacement chimique et une nouvelle séquence d'imagerie ultrarapide permettant de réaliser des images à deux dimensions en quelques secondes.

La méthode dite de "Résonance Nucléaire en Champ Nul" permet, en supprimant l'anisotropie due à la direction privilégiée que constitue le champ magnétique, mais en conservant la sensibilité élevée qu'il procure, d'obtenir sur des poudres des spectres où les couplages dipolaires et quadrupolaires apparaissent avec une résolution comparable à celle observable, en champ fort, seulement sur des monocristaux. Par une procédure de cyclage de champ appropriée, l'évolution transitoire des cohérences du système de spins sous l'effet des interactions nucléaires en champ magnétique nul, est enregistrée par ses effets en champ élevé sur le signal de RMN classique. En champ nul, une poudre ou son monocristal ont alors un comportement quasi-identique de par l'absence de direction privilégiée, et le contenu informatif du spectre est sensiblement plus riche que celui du spectre classique de poudre en champ fort. On décrit en détail le spectromètre de RMN en champ nul qui a été réalisé. On explore les possibilités et les limitations théoriques et instrumentales de cette méthode, en l'appliquant à l'observation d'interactions dipolaires (sur le proton et le phosphore), et quadrupolaires (deutérium), dans des sels hydratés et des cyclophasphazènes.

La spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) est une technique amplement utilisée pour la détection et la quantification de composés chimiques avec un spectre d’application très large. Dans ce manuscrit, deux d’entre eux sont traités : la détection de polluants dans l'eau potable et la surveillance des réactions chimiques. Alors que les équipements de RMN de laboratoire présentent des résultats d'analyse très fiables, la RMN portable est un domaine de recherche en évolution avec de multiples défis technologiques et d’autres liés aux applications ciblées. Les dispositifs RMN portables émergents présentent cependant comme avantage évidente par rapport aux dispositifs classiques leur utilisation directe sur le terrain. Cela permet ainsi d’avoir des résultats d’analyses plus rapidement et de limiter les coûts de personnel et de consommables. Afin de concevoir des spectromètres RMN portables, on doit faire des compromis de conception, tout en étant capable de comprendre les enjeux liés à ces choix, afin que le produit final puisse toujours répondre aux exigences des applications concernées. Pour cela, nous proposons une chaîne d'outils de simulation RMN complète, capable de générer divers aboutissements correspondant à un spectromètre RMN réel. En outre, nous développons une preuve de concept de l’électronique de contrôle et d’acquisition basée sur des composants commerciaux disponibles et nous la validons sur notre prototype de spectromètre RMN portable. Finalement, ce prototype est utilisé pour évaluer le potentiel de la RMN portable pour les applications citées ci-dessus. Cette étude nous a permis d’identifier les limites du dispositif actuel et de proposer un cahier des charges visant son amélioration continue
Nuclear Magnetic Reaction (NMR) spectroscopy is a widely employed technique in the detection and quantification of chemical compounds, with a wide range of applications. In this manuscript, the focus is put on two of them: the detection of pollutants in drinking water and the monitoring of chemical reactions. While laboratory NMR equipment presents highly reliable analysis results, portable miniaturized NMR is an evolving research field with multiple technological and application-related challenges. Such emerging devices present however a clear advantage when compared to the classic, stablished ones: it can be used in the field, therefore saving time and limiting staff and consumables costs. In order to design NMR spectrometers to attain the desired portability and miniaturization, one has to compromise, however being able to understand what is at stake, so that the final product still meets the demands. For that, we propose a complete NMR simulation toolchain capable of generating diverse outcomes corresponding to a real NMR spectrometer. Furthermore, we develop a proof of concept for an electronic control and acquisition unit based on commercial-off-the-shelf components and validate it on a portable NMR spectrometer prototype. Finally, we use this prototype to assess the potential of portable miniaturized NMR for the targeted applications cited above. This study allowed us to identify the limits of our current prototypical device and to provide directions for its further improvement

La Résonance quadrupolaire Nucléaire (RQN) est une technique de spectroscopie radio fréquence très utile pour l'identification non invasive et l'analyse de produits chimiques. Cependant cette technique souffre de plusieurs problèmes, notamment de la faible sensibilité et pose beaucoup de défis quand à la conception de l'instrumentation RQN. Afin de relever ces défis techniques et d'améliorer davantage les performances, nous proposons de développer ici, une nouvelle approche qui consiste en la numérisation et l'optimisation de l'architecture électronique en vue d'améliorer la sensibilité. Ainsi, j'ai réalisé dans le cadre de cette thèse, la conception, la vérification fonctionnelle ainsi que la validation expérimentale d'un spectromètre RQN à base d'un SoC-FPGA où l'essentiel de la fonctionnalité matérielle et logicielle est intégré sur une seule puce. Les modules que j'ai conçus et intégrés sur le SoC-FPGA sont: un générateur d'impulsions haute résolution, un module d'acquisition entièrement numérique avec un traitement de signal temps réel et FID stocké sur mémoire externe DDR, un module d'émission numérique entièrement contrôlé et un module de débogage. En plus de la partie logique programmable, j'ai développé et intégré sur le processeur embarqué du SoC-FPGA deux applications Linux pour piloter le spectromètre. La conception de cette architecture, numérique et optimisée, a permis ainsi de se doter d'un nouveau spectromètre de performances et de fonctionnalités remarquables par rapport à l'état de l'art et par rapport aux spectromètres portables commerciaux. La miniaturisation et la numérisation ont permis aussi de réaliser la compacité du système et ainsi d'ouvrir la porte à de nouvelles applications industrielles. En plus, la réalisation de cette nouvelle architecture à base de SoC-FPGA, a apporté une amélioration de la sensibilité grâce à une meilleure immunité aux bruits et à une chaîne d'acquisition entièrement numérique avec un traitement de signal performant. Le spectromètre réalisé a été testé avec succès sur plusieurs échantillons de référence ainsi que sur des échantillons à applications pharmaceutiques tels que le paracétamol et le nitroprussiate de sodium
Nuclear Quadrupolar Resonance (NQR) is a radio frequency spectroscopy technique that is very useful for non-invasive identification and analysis of chemical products. However, it suffers from low sensitivity which makes its instrumentation very challenging. In order to tackle these challenges and enhance the performances, especially sensitivity,we present in this thesis a solution which consists in a SoC-FPGA based compact spectrometer, where all the major digital hardware and software modules are integrated on a single System On Chip, including : a high pulse width resolution pulse programmer, a fully controllable transmitter, an acquisition module with real time digital signal processing, and storage of the acquired signal in an external memory, and a hardware debugger, in addition to embedded Linux applications that drive the spectrometer functionalities. This digital integration and miniaturisation brought noticeable performances of the spectrometers' overall functionality, especially in terms of sensitivity and portability. The designed spectrometer was successfully tested on several representative samples

Après avoir rappelé la théorie de la RQN et les facteurs qui l'influencent, on présente les spectromètres utilisés pour l'étude des résonances de l'azote-14 et du brome à 4,2 K. Une expérience de double résonance différée dans la s-triazine où les temps de relaxation sont longs, a permis d'apparier les raies ѵ+ et ѵ- ; elle a aussi permis de mettre en évidence des signaux d'émission avec les raies ѵ-. Dans le chlorure de cyanuryle, le spectre de RQN à 4,2 K a été complété par l'observation de deux raies nouvelles et dans la mélamine, neuf raies nouvelles ont été observées à cette température. Dans ThBr₄ , l'étude de la RQN du brome a pu être faite à 4,2 Ken utilisant une ligne demi-onde reliant la bobine r. F. Située dans le cryostat au spectromètre de superréaction ; nous avons ainsi pu observer, à cette température, la phase incommensurable déjà connue à température plus élevée
After a review of the theory of NQR and of factors that relate to it, the various kinds of spectrometers used to study Nitrogen-14 and Bromine NQR at 4. 2 K are described. A delayed double resonance experiment in s-triazine, where the relaxation times are long, allowed the ѵ+ and ѵ- in this substance lines to be paired. It was also possible to observe emission signals at the ѵ- lines. Complete NQR spectra of Cyanuric chloride and melamine were obtained by the observation of two new lines and nine new lines, respectively, at 4. 2 K. A Bromine NQR study of ThBr₄ was carried out at 4. 2 K by the use of a half-wavelength transmission line connecting the r. F. Coil in the cryostat to the superregenerative spectrometer. Thus, we were able to observe at this temperature the incommensurate phase which was already known to exist at higher temperature