LA RPE AU COIN DU FEU DEUXIEME EPISODE : A QUOI SERT LA RPE ? P. Bertrand

RAPPEL : INTERACTION ELECTRONS NON APPARIES D’ UN CENTRE PARAMAGNETIQUE AVEC CHAMP MAGNETIQUE B : ECLATEMENT DES NIVEAUX D’ENERGIE B h Br E Raie de résonance B = 0 B  0 E S = 1/2

SPECTRE D’UNE SOLUTION GELEE 6 molécules 158 molécules 29585 molécules 1015 molécules

Le spectromètre effectue une dérivation par rapport à B 328 346 357 Br = h  / g   = 9,4 109 Hz B Mesure de gx B Mesure de gz Mesure de gy 328 346 357

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

ΔE1 ΔE2 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 2 valeurs de E 2 raies de résonance Interaction d’un centre paramagnétique S = 1/2 avec un noyau I = ½ A = constante hyperfine (force de l’interaction) gβB ΔE1 ΔE2 A/2 B  0 2 I + 1 = 2 niveaux 6

INTERACTION AVEC UN NOYAU DE SPIN I = 1/2 h E2 A /2 E h A / g Raie de résonance B B B0 B0 = h / g B EN GENERAL : 3 nombres Ax, Ay, Az 7

? 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 Mesure de gmoy « densité de spin » ? noyau 15N Radical TMIO 343 344 345 346 B(mT)

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 9

EXEMPLE : RADICAL NITROXYDE , 1 noyau 14N (I = 1) Si mouvements rapides nitroxyde MTSL B Amoy/gmoy B0 mesure gmoy noyau 14N 1,5 mT en solution greffé sur lipase Solution gelée 100 K Mesure de gx, gy, gz Ax, Ay, Az

QUEL EST CE RADICAL ? 0,8 mT

REPONSE : molécule à 2 noyaux 14N équivalents 0,8 mT gmoyB Amoy Amoy radical nitronyl-nitroxyde

Intensités relatives: 1 :4 :10 :16 :19 :16 :10 :4 :1 PLUS DIFFICILE ! 9 raies Intensités relatives: 1 :4 :10 :16 :19 :16 :10 :4 :1 B(mT) 333,7 334,5 335,3 336,1 336,9 337,7 0,4 mT

SOLUTION : molécule à 4 noyaux 14N équivalents 0,4 mT B(mT) 333,7 334,5 335,3 336,1 336,9 337,7 Biradical S = 1 bis-nitronyle-nitroxyde

SPECTRES DE COMPLEXES EN SOLUTION GELEE 1,997 1,982 1,960 Noyau I = ½ : Mo5+ couplé à 1 proton (NAR, bas pH) H2O D2O Noyau I = 5/2 : complexe Mn2+ (H2O)6 T ambiante idem en solution gelée Mn2+

! COMPLEXES DE Cu2+ (noyau I = 3/2) EN SOLUTION GELEE COMPLEXE 1 Az/gz gx = 2,02 COMPLEXE 1 « Motifs hyperfins » dus au noyau Cu ! gz = 2,25 gy = 2,16 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

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 Trés stable (radicaux carbonatés) Émail dentaire (hydroxyapatite), dose 500 mGy (François Trompier, IRSN) (dose annuelle normale: quelques mGy)

MATIERE ORGANIQUE NATURELLE (MON) Brigitte Pépin-Donat et al. 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

Représentation des résultats : 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 !