Depuis les débuts de la RMN, l’une des principales stratégies pour améliorer la sensibilité consiste à augmenter l’intensité du champ magnétique. En effet, lorsque le champ augmente, l’écart énergétique entre les différents états de spin nucléaires s’accroît, ce qui améliore leur polarisation et conduit à une augmentation de l’intensité du signal observé. Cette approche a permis le développement de spectromètres toujours plus performants, mais elle présente une limite majeure : le coût.
Une autre voie pour améliorer la sensibilité consiste à agir non pas sur le signal lui-même, mais sur le bruit électronique : c’est le principe des sondes cryogéniques.
La performance d’un spectromètre RMN dépend en effet autant de l’intensité du signal que du niveau de bruit électronique associé à sa détection. C’est dans cette optique qu’ont été développées les sondes cryogéniques, aujourd’hui devenues un élément clé de nombreux laboratoires de recherche et d’analyse.
En refroidissant les composants les plus critiques de la sonde — notamment les bobines RF et les préamplificateurs — à des températures cryogéniques, il devient possible de réduire fortement ce bruit électronique. Le rapport signal/bruit est alors amélioré de manière spectaculaire, permettant :

• d’obtenir des spectres de meilleure qualité ;
• de réduire les temps d’acquisition ;
• d’analyser des échantillons plus dilués ;
• d’accéder plus facilement à des expériences multidimensionnelles exigeantes.

En résumé, plus les composants de détection sont refroidis, plus le bruit diminue et plus la sensibilité augmente.
Aujourd’hui, plusieurs technologies cryogéniques coexistent, chacune offrant un compromis différent entre sensibilité, simplicité d’exploitation et coût de fonctionnement.

Pour répondre aux besoins variés des laboratoires, JEOL propose plusieurs technologies de sondes cryogéniques.

Les sondes UltraCOOL représentent la solution offrant les performances les plus élevées. Elles utilisent un circuit fermé à l’hélium permettant de refroidir les composants critiques à moins de 20 K. Ce niveau de refroidissement minimise le bruit électronique et maximise la sensibilité.

SuperCOOL Closed Cycle
Les sondes SuperCOOL Closed Cycle utilisent également l’hélium mais avec une architecture simplifiée. Les composants sont refroidis à moins de 70 K, offrant un excellent compromis entre performances et simplicité d’exploitation. Comme pour l’UltraCOOL, l’hélium est recyclé dans un système fermé.

SuperCOOL Open System
La version la plus simple du concept cryogénique repose sur l’utilisation d’azote liquide. Les composants sont refroidis à moins de 85 K, ce qui procure un gain de sensibilité important tout en limitant les contraintes de maintenance et les coûts d’exploitation.

JEOL a récemment enrichi sa gamme avec les nouvelles sondes cryogéniques SuperCOOL MARVEL, qui constituent la quatrième génération de la technologie SuperCOOL. Grâce à une optimisation globale de l’électronique RF et de la conception interne de la sonde, les modèles MARVEL offrent une amélioration moyenne de sensibilité d’environ 35 % par rapport à la génération précédente.
La gamme MARVEL a été conçue pour optimiser les performances sur les noyaux les plus couramment utilisés en RMN liquide, notamment 1H, 13C, 19F et 31P.
Pour les applications impliquant le fluor, de plus en plus présentes dans les domaines pharmaceutiques et des matériaux avancés, JEOL propose également la nouvelle sonde MARVEL HFX Duo. Cette technologie permet de commuter automatiquement entre différents modes d’accord pour les expériences 1H/19F, offrant une grande flexibilité expérimentale tout en conservant les avantages de la détection cryogénique.

La résonance magnétique nucléaire (RMN) est l’une des rares méthodes permettant l’observation directe des noyaux de lithium, ce qui la rend indispensable pour l’analyse des matériaux des batteries lithium-ion (LIB). Grâce à la RMN, il est possible d’obtenir des informations cruciales sur la quantité de lithium présente dans un matériau, son état chimique, ainsi que sur la dynamique des ions, indépendamment de leur position dans la cathode, l’anode ou l’électrolyte. En plus de l’analyse structurelle des électrodes et des électrolytes, la RMN permet désormais d’étudier les dynamiques de charge et de décharge des batteries.

La RMN présente plusieurs avantages uniques pour l’analyse des matériaux LIB. Elle permet une observation directe du lithium dans divers états, qu’ils soient cristallins, amorphes ou en solution, et peut également quantifier avec précision la présence de noyaux tels que 1H, 19F, 31P, et 11B. Par ailleurs, elle s’applique à l’étude des différentes composantes des batteries, notamment la cathode, l’anode et l’électrolyte, qu’il s’agisse d’électrolytes liquides ou solides.

Les techniques avancées de RMN JEOL, telles que la sonde de diffusion « GR5 Probe » ( 2000 G/cm) et l’utilisation de la sonde solide « ROYALPROBE AUTOMAS 3.2 mm », permettent d’analyser les dynamiques des ions dans les électrolytes solides, contribuant ainsi à une meilleure compréhension des mécanismes de diffusion et d’énergie d’activation. Ces outils de pointe sont particulièrement précieux pour optimiser les performances et la durée de vie des batteries tout-solide.