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LA RPE AU COIN DU FEU DEUXIEME EPISODE : A QUOI SERT LA RPE ? P. Bertrand RAPPEL : INTERACTION ELECTRONS NON APPARIES D’ UN CENTRE PARAMAGNETIQUE B: AVEC CHAMP MAGNETIQUE ECLATEMENT DES NIVEAUX D’ENERGIE E S = 1/2 h E Raie de résonance B=0 B0 0 Br B SPECTRE D’UNE SOLUTION GELEE 6 molécules 29585 molécules 158 molécules 1015 molécules Le spectromètre effectue une dérivation par rapport à B 328 346 357 Br = h / g = 9,4 109 B Hz B Mesure de gz Mesure de gy 328 346 357 Mesure de gx LES ELECTRONS NON APPARIES DES CENTRES PARAMAGNETIQUES INTERAGISSENT AVEC LES AUTRES ENTITES PARAMAGNETIQUES Autre interaction Nouveaux éclatements des niveaux d’énergie Eclatement de la raie de résonance Apparition de nouvelles structures sur le spectre INTERACTION AVEC UN NOYAU PARAMAGNETIQUE Noyau paramagnétique, caractérisé par son spin I I = ½ : proton, noyau atome P, mais aussi isotopes 15N, 13C I = 1 : noyau atome N (99,6%) I = 3/2 : noyau atome Cu I = 5/2 : noyau atome Mn 2 I + 1 = 2 niveaux A/2 Interaction d’un centre paramagnétique S = 1/2 avec un noyau I = ½ gβB A = constante hyperfine (force de l’interaction) ΔE1 ΔE2 2 valeurs de E 2 raies de résonance A/2 B0 2 I + 1 = 2 niveaux INTERACTION AVEC UN NOYAU DE SPIN I = 1/2 A /2 A /2 E h E1 E2 A / g Raie de résonance 0 B h B0 B B0 = h / g B EN GENERAL : 3 nombres Ax, Ay, Az EXEMPLE : RADICAL NITROXYDE, noyau 15N ( I = ½) Solution à température ambiante: mouvements de rotation rapides Effet de moyenne spectre caractérisé par gmoyen, Amoyen Amoy / gmoy ? « densité de spin » Mesure de gmoy noyau 15N Radical TMIO 343 344 345 B(mT) 346 INTERACTION AVEC UN NOYAU DE SPIN I = 1 2 I + 1 = 3 niveaux A /2 A /2 gβB E1 E2 E3 3 valeurs de E 3 raies de résonance A /2 A /2 2 I + 1 = 3 niveaux EXEMPLE : RADICAL NITROXYDE , 1 noyau 14N (I = 1) Si mouvements rapides nitroxyde MTSL Amoy/gmoy noyau 14N 1,5 mT en solution B0 B greffé sur lipase B mesure gmoy Mesure de gx, gy, gz Ax, Ay, Az Solution gelée 100 K QUEL EST CE RADICAL ? 0,8 mT 347 348 349 350 B (mT) 351 352 REPONSE : molécule à 2 noyaux 14N équivalents 0,8 mT gmoyB Amoy Amoy 347 348 349 350 351 352 B (mT) radical nitronyl-nitroxyde PLUS DIFFICILE ! 9 raies Intensités relatives: 0,4 mT 1 :4 :10 :16 :19 :16 :10 :4 :1 333,7 334,5 335,3 336,1 336,9 B(mT) 337,7 SOLUTION : molécule à 4 noyaux 14N équivalents 0,4 mT 333,7 334,5 335,3 336,1 336,9 B(mT) 337,7 Biradical S = 1 bis-nitronyle-nitroxyde SPECTRES DE COMPLEXES EN SOLUTION GELEE 1,960 1,982 1,997 Noyau I = ½ : Mo5+ couplé à 1 proton (NAR, bas pH) Noyau I = 5/2 : H2O D2O Mn2+ complexe Mn2+ (H2O)6 T ambiante idem en solution gelée 280 300 320 340 B (mT) 360 380 COMPLEXES DE Cu2+ (noyau I = 3/2) EN SOLUTION GELEE Az/gz gx = 2,02 COMPLEXE 1 « Motifs hyperfins » dus au noyau Cu ! gz = 2,25 gy = 2,16 1050 1100 1150 1200 1250 Champ magnétique (mT) 1300 gz = 2,20 Az/gz COMPLEXE 2 gx = gy = 2,05 (simulation) « Motif hyperfin » dû au noyau Cu « Motif super-hyperfin » dû à 4 noyaux d’azote 260 280 300 320 B (mT) 340 360 QUELLES INFORMATIONS CONTIENT LE SPECTRE RPE ? 1- Mesure de g, A : nature et structure des centres paramagnétiques 2- Intensité du spectre (surface obtenue par double intégration) : proportionnelle au nombre de centres 1 2 B B Titrage potentiométrique suivi par RPE: la nitrate réductase de E.coli (3Fe-4S)ox Intensité 1 centre/molécule (4Fe-4S)red Intensité 1 centre/molécule -100 T = 16 K -100 CONCLUSION : 1 centre [3Fe-4S] 3 centres [4Fe-4S] Guigliarelli et al. Eur. J. Biochem.1992 Datation par dosimétrie : minéralogie, archéologie Détermination de l’âge de kaolinites d’Amazonie (minéral argileux Al2Si2O5(OH)4, altération des feldspaths alcalins) Intensité relative kaolinite contient défauts paramagnétiques dus irradiation naturelle (238U, 232Th, rayons cosmiques) Nombre de défauts : lié à la dose reçue Méthode - mesure intensité actuelle I0 - calibration: I = f(dose) - Fit avec exponentielle paléodose : dose reçue depuis formation kaolinite jusqu’à aujourd’hui 1 Gy = 1 J/kg = 100 rads I0 I0’ 2 échantillons prélevés à 2 endroits différents Evaluation débit de dose (mGy /ka) âge des échantillons : resp 8 et 30 106 ans paléodose E. Balan et al. 2005 Geochimica et Cosmochimica Acta DATATION PAR RPE DES TERRASSES ALLUVIALES DE LA VALLEE DE LA CREUSE RPE : défauts dans le quartz générés par irradiation naturelle Les résultats couvrent la totalité du quaternaire ( 2 millions d’années) Découverte de sites préhistoriques (Despriée et al. C.R. Palevol , 2006) MESURE DE LA DOSE DE RAYONNEMENT IONISANT RECUE LORS D’UN ACCIDENT RADIOLOGIQUE 400 Trés stable (radicaux carbonatés) 300 Signal résiduel 200 Signal radio-induit dy/dB, (u.a.) 100 0 -200 Spectre mesuré Signal natif -300 -400 346 348 B, mT 350 352 354 Émail dentaire (hydroxyapatite), dose 500 mGy (François Trompier, IRSN) (dose annuelle normale: quelques mGy) TRACAGE DE LA MATIERE ORGANIQUE NATURELLE (MON) A L’ECHELLE DE BASSINS VERSANTS Brigitte Pépin-Donat et al. POUR SUIVRE LA MON : LA RPE Processus d’humification matière organique naturelle Le plus grand réservoir de carbone sur terre (1500 109 tonnes) Joue un rôle majeur dans l’évolution des écosystèmes - Composition de la MON : très complexe et très variable - Mais contient des radicaux de type « semiquinone » caractéristiques de l’origine de la MON - La RPE permet d’effectuer un «traçage» de la MON Lac Léman Bassin versant du Mercube 3 km Genève Représentation des résultats : Codes barres A LA RECHERCHE DES ORIGINES DE LA VIE LA MATIERE CARBONEE PRIMITIVE Didier Gourier et Laurent Binet UMR CNRS 7574, Chimie Paris Tech Matière carbonée Silex de Warrawoona (3,5 Ga) Skrypczak-Bonduelle et al.(2008) Appl. Magn. Reson. 33, 371 Matière carbonée des météorites a) comparaison : poils de gerboise et de hamster vs mélanine synthétique b) mélanome de hamster (bande S) MERCI POUR VOTRE ATTENTION ET … BON VENT A LA NOUVELLE UMR CNRS 7281 !