Made available in DSpace on 2018-08-01T21:59:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_11434_Tese final Thierry Ramos Lopes-PPGFis20171017-84306.pdf: 4845442 bytes, checksum: 6f0a17c6599ae234eae1fceca5d8dc89 (MD5) Previous issue date: 2017-09-06 / Este trabalho é dedicado ao estudo de materiais carbonosos porosos ativados física e quimicamente, tendo como principal ferramenta a técnica de ressonância magnética nuclear (RMN) no estado sólido em uma abordagem multinuclear. Os carvões ativados foram obtidos utilizando como precursor o endocarpo de babaçu (EB). As amostras ativadas fisicamente (usando vapor de água) foram nomeadas de EBF, enquanto que as amostras ativadas quimicamente (usando H3PO4) foram nomeadas de EBP. Os carvões ativados apresentaram alta área superficial específica, com valores dependendo das condições experimentais utilizadas em cada processo de ativação. Os espectros de RMN de 1H das amostras EBF mostraram dois picos principais com deslocamentos químicos variáveis com a temperatura de ativação. O pico mais largo foi associado aos núcleos 1H em grupos aromáticos, sendo o outro associado à água adsorvida. Foram ainda investigadas amostras hidratadas de grafites moídos, sendo identificada uma variação significativa no deslocamento químico do pico associado à água adsorvida em função do aumento no tempo de moagem (que causou alterações estruturais nos grafites moídos). Nas amostras EBP tratadas termicamente, a natureza química dos compostos contendo fósforo foi estudada por RMN de 1H, 13C e 31P no estado sólido, incluindo experimentos 2D de correlação 1H -31 P, onde foi possível detectar a formação de diferentes compostos de fósforo nos poros do carvão. Devido à ocorrência natural de compostos de silício no EB, a ativação química com H3PO4 produziu nanocristais de pirofosfato de silício. Nanocompósitos contendo compostos de alumínio nanoestruturados foram obtidos por impregnação de carvões ativados das séries EBF e EBP com Al(NO3)9H2O, seguida de tratamentos térmicos em diferentes temperaturas; espectros de RMN de 27Al foram utilizados para investigar o tipo de coordenação dos cátions Al3+ presentes em cada amostra, a qual foi modificada dependendo da temperatura de tratamento térmico.

Made available in DSpace on 2018-08-01T22:29:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_9031_Dissertação Mestrado_Daniel Cipriano.pdf: 17317310 bytes, checksum: f3d81dbcb11c73b03c2e219841ab5a77 (MD5) Previous issue date: 2015-06-19 / Este trabalho é dedicado ao estudo e desenvolvimento de um método experimental que permita a utilização de ressonância magnética nuclear (RMN) de 13C no estado sólido com polarização cruzada (CP) e rotação em torno do ângulo mágico (MAS) para a obtenção de teores de lignina e celulose presentes em materiais lignocelulósicos. A validade do método foi testada em diferentes materiais de biomassa por comparação com os resultados obtidos pelo método de quantificação Klason. O método desenvolvido também foi utilizado em um estudo comparativo de amostras de bagaço de cana submetidas a diferentes tempos de tratamento ácido. Para desenvolvimento do método, foram realizados experimentos com amostras padrões de celulose e lignina e misturas desses materiais em proporções previamente conhecidas. Após a obtenção dos espectros de RMN de 13C com CP/MAS, foram construídos gráficos relacionando a intensidade de regiões selecionadas do espectro com a massa da componente responsável por tal intensidade. Foi observado que os teores de lignina obtidos para a maioria dos materiais de biomassa analisados concordaram com o teor determinado diretamente por análise química; já o teor de celulose não foi corretamente previsto, possivelmente devido a sobreposições com sinais de hemicelulose nos espectros. Com respeito às amostras de bagaço de cana submetidas a tratamentos ácidos, foi observado um crescimento no teor de lignina nas amostras com maior tempo de tratamento, o que ocorreu também para a fração de celulose estruturalmente mais ordenada.

Made available in DSpace on 2018-09-11T12:26:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_12550_Tese Final Alan Johnny Romanel Ambrozio - ppgfIS.pdf: 15542684 bytes, checksum: 605b88acd41ecf257ba65d1fe7ecbb43 (MD5) Previous issue date: 2018-07-13 / Neste trabalho, os parâmetros espectrais de RMN de 13C foram calculados para materiais carbonosos ordenados e desordenados através de simulações computacionais. A blindagem magnética em RMN de 13C foi calculada em uma monocamada de grafeno usando a teoria do funcional da densidade (DFT) e o método GIPAW (gauge including projector augmented plane wave). Após realizar os testes de convergência envolvendo a variação do número de pontos k e do tamanho da supercélula, os cálculos foram então estendidos a sistemas contendo mais de uma folha de grafeno, incluindo a bicamada de grafeno e o grafite hexagonal. Com respeito aos materiais carbonosos desordenados, os deslocamentos químicos de RMN de 13C correspondendo a diferentes sítios em modelos atomísticos de carbonos amorfos hidrogenados também foram calculados para diferentes quantidades de H através do emprego dinâmica molecular e métodos de primeiros princípios. Os modelos foram validados através das funções de distribuição de pares e as frações de átomos de carbono sp3 e sp2 foram determinadas através da análise das ligações do átomo de carbono nas estruturas. Especificamente, os resultados obtidos permitiram distinguir os deslocamentos químicos associados com diversos tipos de sítios de carbono, com diferentes estados de hibridização e ligados ou não com átomos de hidrogênios. Os resultados dos cálculos mostraram bom acordo com espectros experimentais de RMN de 13 de diferentes tipos de materiais carbonosos, evidenciando o poder de cálculos DFT na previsão de parâmetros de RMN em materiais baseados no grafeno e para identificar características estruturais locais de materiais carbonosos desordenados.

Neste trabalho, apresentamos um estudo por Ressonância Magnética Nuclear (RMN), Análises Termogravimétricas (DSC e TG) e Espectroscopia Infravermelho em cornplexos poliméricos formados entre poli(óxido de etileno), POE, e sais de lítio. Estes complexos tem mostrado uma grande potencialidade em aplicações tecnológicas (baterias, sensores, etc). Desenvolvemos e caracterizamos sensores de umidade e, discutimos como a umidade afeta a conformação do complexo e a mobilidade das espécies iônicas e da cadeia polimérica. Nossos resultados indicam que a hidratação afeta a conformação dos complexos poliméricos através do efeito plasticizante da água, o qual induz uma expansão volumétrica na cadeia do POE. Entretanto, para os níveis de hidratação utilizados, o processo mostrou-se completamente reversível. Através do estudo de RMN, conseguimos diferenciar os movimentos da cadeia polimérica daqueles das espécies iônicas (cátion e ânion). A análise do segundo momento das formas de linha de ressonância e os estudos de relaxação nuclear nos permitiu estimar distâncias médias entre as espécies iônicas e os prótons da cadela nestes complexos. Observamos também, que o comportamento da relaxação spin rede do hidrogênio e do flúor no P(OE)-LiBF4, em função da temperatura e da freqüência, reflete a natureza desordenada do material e a complexidade do processo de condução iônica nestes sistemas / In this work we report on a study using Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Thermogravimetry Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetric (DSC) and Infrared Spectroscopy in polymeric complexes formed between poly(ethylene oxide), PEO), and lithium salts. These complexes have shown a large potential in for technological applications in batteries, sensors, etc. We developed and characterized humidity sensors and we discussed how the humidity affects the conformation of the complexes, the mobility of ionic species, and the polymeric chains. The results indicate that the hydration effects the conformation of polymeric complexes by plasticizing the water, which induces a volumetric expansion in the PEO chain. The process was completely reversible for the level of hydration studied. NMR was used to distinguish the movement of polymeric chains from the movement of the ionic species. From the analysis of the second moment of resonance lines and from the study of the nuclear relaxation we were able to estimate the average distance between the ionic species and the proton In the complexes chains. The behavior of spin-lattice relaxation of hydrogen and flurine in the P(EO) LiBF4 as a function of temperature and frequency reflects the nature of the disorder and the complexity of the ionic conduction process In these materials

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:01:48Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo117_1.pdf: 2215223 bytes, checksum: 92515c24edbb2a62877d416352b9315a (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A indústria contemporânea ainda opera em grande escala com recursos energéticos não renováveis. Uma das alternativas para obtenção de combustíveis renováveis é a hidrogenação de óleos vegetais, que requer catalisadores metálicos, sendo os de níquel suportado os mais utilizados para a produção de hidrocarbonetos na faixa de diesel através de craqueamento térmico e catalítico. O craqueamento térmico caracteriza-se pelo processo de pirólise dos óleos ou gorduras enquanto o craqueamento catalítico pode favorecer determinadas rotas e alterar a composição final dos produtos. Este último processo envolve duas etapas principais, sendo a primeira, o craqueamento primário, responsável pela formação de espécies ácidas, enquanto a segunda etapa, o craqueamento secundário, responsável pela degradação dos ácidos produzidos na primeira etapa. O objetivo deste trabalho foi avaliar através da hidrogenação do óleo vegetal, a formação de hidrocarbonetos na faixa do diesel. Foi utilizada a técnica de impregnação úmida na preparação dos catalisadores com diferentes teores de níquel suportados em alumina (1, 3 e 5%) os quais foram caracterizados por análise térmica, análise química, difração de raios-X, área específica e microscopia eletrônica de varredura (MEV). No processo de hidrogenação foi utilizado óleo de soja em um reator de alta pressão (tipo PARR) em condições pré-estabelecidas: 350 ºC, 40 bar e 500 rpm, na ausência e presença de catalisadores. Os resultados da caracterização mostram que o teor de níquel ficou próximo do planejado e a adição de metal praticamente não alterou a área específica e a cristalinidade dos catalisadores. A morfologia dos catalisadores, observada por MEV, também não foi alterada. Os resultados da caracterização do material por infravermelho (IV) evidenciou que o aumento do teor de níquel presente no catalisador não interferiu no desenvolvimento do processo reacional de hidrogenação do óleo de soja. Isto tem sua possível explicação na baixa área de dispersão do metal sobre o suporte, já que não ocorreu uma alteração significativa na área específica. Os resultados da caracterização dos reagentes e produtos da reação por Ressonância Magnética Nuclear (RMN) mostram uma redução nas áreas de integração sob os sinais atribuídos aos grupos olefínicos, carbinólicos e metilenos vizinhos à carboxila, evidenciando a ocorrência dos processos de craqueamento tanto primário como secundário. A análise por cromatografia gasosa (CG) foi usada para se determinar a concentração de ácidos graxos no óleo comercial e no óleo hidrogenado demonstrando que o grau de saturação do sistema aumenta mais rapidamente do que a conversão de ácidos em hidrocarbonetos. Este fato é comprovado por análises realizadas por ambos IV e RMN. O emprego do modelo cinético de acoplamento foi adotado permitindo representar de modo satisfatório o perfil das concentrações dos ácidos graxos em função do tempo, com avaliação das respectivas constantes de velocidades envolvidas nas diferentes etapas da hidrogenação catalítica do óleo de soja

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:06:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7738_1.pdf: 1254298 bytes, checksum: 9d688e6cc529684dc105fff0e374570e (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Sólidos consolidados são largamente utilizados na indústria, onde o transporte de água e/ou outros líquidos têm um papel importante na eficiência de muitos dos processos industriais. Alguns exemplos desses materiais sólidos são caulim, alumina e zeólita. Em particular, as zeólitas têm muitas aplicações na indústria petroquímica. Devido a sua porosidade em várias escalas de comprimento ela é utilizada como suporte em reações catalíticas e como peneiras moleculares. A maioria dos estudos de transporte de água em zeólitas é conduzida em meios saturados com vapor. Diferentemente, nesta investigação estamos interessados em estudar o transporte de água líquida, no regime difusivo, em sólidos consolidados de zeólita em pó. A difusão da água, nestes sistemas, pode ser medida de forma direta ou indireta, e tem várias escalas de comprimento, usando-se técnicas de ressonância magnética nuclear (RMN). Neste estudo conduzimos vários experimentos onde amostras de zeólitas foram colocadas diretamente em contato com um reservatório de água. O ingresso da água nas amostras foi acompanhado através da obtenção de imagens por ressonância magnética nuclear (IRM). A análise de perfis de concentração de água em função do comprimento de penetração no sólido, em vários instantes de tempo, indica que o ingresso da água é um processo subdifusivo, a chamada difusão anômala, com vários graus de subdifusão, aparentemente, dependente do protocolo de secagem de amostras reutilizadas. Numa análise baseada em um modelo de difusão com derivada temporal fracionária, discutiremos os possíveis mecanismos que conduzem à subdifusão da água nestes sistemas

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:00:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6562_1.pdf: 2240595 bytes, checksum: 705a8093b9e08a9216a00e75a3c92466 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Faculdade de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco / Quatro dioxaestanolanos (R2SnOOC2H3R`)F foram sintetizados, sendo dois destes inéditos, a partir da reação de óxidos de organoestanho (R2SnO, R = butil ou fenil) com 1,2- diois quirais (OHCHR`CH2OH, R= metil ou fenil) enantiomericamente puros e com misturas de excesso enantiomérico conhecido. As atribuições dos sinais nos espectros de RMN de 1H e de 13C foram realizadas para estes compostos. Ainda, para confirmar a atribuição dos sinais foram realizados experimentos bidimensionais COSY 1H-1H e HMQC 1H-13C. As atribuições dos sinais de RMN de 1H estão em discordância com os dados da literatura. Em solução os dioxaestanolanos estudados apresentam-se em equilíbrio entre o monômero e seus oligômeros (dímero, trímero, etc.). Devido a este equilíbrio, este sistema apresenta o fenômeno de auto-discriminação quiral, uma vez que a espécie dimérica comporta-se como um diastereoisômero. Esta auto-discriminação foi utilizada na literatura para determinar o excesso enantiomérico em diois quirais através de RMN de 13C, sendo considerado um regime de troca rápido em que o dímero era a espécie principal. Entretanto, estes resultados não puderam ser reproduzidos, indicando a dificuldade de utilização desta ferramenta para determinação de excessos enantioméricos. Como metodologia alternativa propusemos a utilização da espectroscopia de RMN de 119Sn, pois este núcleo é mais sensível a mudanças no ambiente químico, proporcionando melhor distinção entre as espécies. Os experimentos mostram que a RMN de 119Sn forneceram informações adicionais, sendo inclusive capaz de detectar um maior número de espécies em equilíbrio. Este efeito foi comprovado através dos experimentos 2D HMQC 1H-119Sn. A análise da forma de linha de RMN mostrou que neste sistema o regime de troca entre as espécies foi diferente, dependendo do grupo substituinte, butila ou fenila, ligado ao estanho. Quando o substituinte butila está presente foram observados vários sinais na região de 100 a 160ppm correspondentes a estanho pentacoordenado. Estes sinais correspondem à média ponderada dos deslocamentos químicos de todas as espécies presentes, indicando um regime de troca rápida. Por outro lado, para os dioxaestanolanos contendo grupo fenila observaram-se sinais na região de estanho tetracoordenado ( 45 a 50ppm), pentacoordenado ( 80 a 130ppm) e hexacoordenado ( 255 a 260ppm). A presença dos sinais atribuídos ao estanho tetra, penta e hexacoordenados só é possível para um regime de troca lenta, pois foi possível distinguir deslocamentos químicos de espécies monoméricas, diméricas e triméricas discretas. Entretanto, não foi possível atribuir todos os sinais de todas as espécies químicas. Conclui-se que a RMN de 119Sn mostrou-se mais sensível para descrever as espécies químicas presentes no equilíbrio para este sistema, no entanto, não foi possível, até o momento, utilizar esta ferramenta para análise da auto-discriminação quiral

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:15:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo9260_1.pdf: 2274059 bytes, checksum: 3561952491e324d7b9d95f9fa7133af8 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2004 / Cátions metálicos em solução formam complexos de inclusão com éteres coroa, cujas constantes de equilíbrio dependem, principalmente, das características do íon, do éter coroa e do solvente utilizado. Assim, buscamos acompanhar o efeito da adição de éter 18-coroa-6 a soluções aquosas de íons metálicos através de medidas do coeficiente de difusão das espécies envolvidas por técnicas de ressonância magnética nuclear. Isto, porque o coeficiente de difusão dos íons metálicos deveria sofrer uma diminuição, a partir da complexação com o éter coroa. Escolhemos investigar a complexação em meio aquoso, por ser aonde acontece a maioria dos processos biológicos. Os primeiros eletrólitos que estudamos, em solução aquosa, foram sais de sódio (23Na). Somente detectamos a média ponderada das espécies livres e complexadas por nossas medidas de deslocamento químico e do tempo de relaxação spin-spin do íon sódio em função da concentração de éter 18-coroa-6. Portanto, pode-se concluir que a troca química entre os íons sódio complexados e não complexados é muito rápida em solução aquosa. Para medir o coeficiente de difusão dos íons sódio, construímos uma sonda na freqüência de 79,3MHz com bobinas de gradiente de campo magnético e blindagem ativa, na qual utilizamos a seqüência de Stejskal e Tanner. Quando efetuamos as medidas, entretanto, observamos que pequenas quantidades de éter 18-coroa-6 causam uma supressão muito maior no seu coeficiente de difusão do que a que seria esperada devido a uma simples complexação. E isto, na faixa de concentrações em que mudanças na viscosidade macroscópica podem ser desconsideradas. Primeiramente, observamos este efeito em solução de azida de sódio, e, em seguida, em solução de tiocianato de sódio. Por outro lado, medidas com cloreto e fluoreto de sódio não apresentaram esta diminuição pronunciada no coeficiente de difusão dos íons sódio. Já com o iodeto de sódio não foi possível medir o coeficiente de difusão do íon sódio na solução, pois a constante de acoplamento quadrupolar do íon sódio, neste caso, é muito grande, aumentando a taxa de relaxação transversal. Interpretamos esta supressão no coeficiente de difusão como resultado da formação de estruturas agregadas de éter coroa com íons sódio. Este agregado, com grande raio hidrodinâmico, causaria a diminuição do coeficiente de difusão dos íons sódio, justificando nosso modelo. Segundo nossos resultados experimentais, o número de íons sódio presentes na estrutura agregada é de aproximadamente seis. Entretanto, só foi possível medirmos o coeficiente de difusão dos íons sódio para pequenas quantidades de éter coroa na solução, pois com a complexação, ocorre o aumento da constante de acoplamento quadrupolar com conseqüente redução no tempo de relaxação transversal do íon sódio que fica menor que o tempo necessário para efetuar a seqüência de pulsos. Para investigarmos o comportamento do sistema frente a maiores concentrações de éter coroa, resolvemos ampliar nossa pesquisa com o estudo da complexação dos sais de lítio com éter 15-coroa-5. Apesar do 7Li ter spin nuclear 3/2, seu momento quadrupolar é pequeno e, conseqüentemente, o tempo de relaxação transversal dos íons lítio na solução é maior que o dos íons sódio. Com isso, pudemos medir o coeficiente de difusão dos íons lítio em concentrações maiores de éter coroa na solução. Porém, com estas medidas não foi detectada a supressão do coeficiente de difusão devido à formação de agregados na presença do íon lítio. Para melhor caracterização do agregado de íons sódio, realizamos medidas do tempo de relaxação longitudinal dos hidrogênios metilênicos do éter 18-coroa-6 na presença de sais. Estas medidas corroboram as observações anteriores, da formação do agregado, com a participação do éter 18-coroa-6, devido à diminuição do T1 dos seus hidrogênios. A vantagem desta metodologia está na rapidez com que a formação do agregado pode ser detectada: por uma única medida. Estudando as propriedades dos ânions em solução, percebemos que os agregados são formados na presença de sais de sódio tidos como structure breakers (azida, tiocianato, bicarbonato e acetato de sódio). Por outro lado, os sais de sódio tidos como structure makers (fluoreto e cloreto de sódio) não formam agregados. Para a completa caracterização do agregado, faltava-nos ainda descobrir se os ânions estavam ou não presentes em sua estrutura. Com este intuito, realizamos medidas do coeficiente de difusão do íon bicarbonato marcado com carbono-13, H13CO3-, em soluções de bicarbonato de sódio (NaH13CO3) e éter 18-coroa-6. Através deste experimento, pudemos detectar a presença de seis íons bicarbonatos no agregado Finalmente, empregamos a seqüência CRAZED para confirmar a redução do coeficiente de difusão do éter 18-coroa-6 na presença de azida de sódio, em relação a uma solução equivalente de cloreto de sódio. A fim de interpretar quantitativamente os resultados, foi necessário realizarmos também outros experimentos com seqüência de pulsos 2D CRAZED. Foram comparados espectros experimentais e simulados, onde introduzimos algumas suposições que foram testadas. Estas suposições referem-se principalmente à maneira como o campo dipolar à distância, espacialmente modulado pelo gradiente, é atenuado em conseqüência da difusão durante o período de detecção. Comparando as razões entre as amplitudes, bem como a largura das linhas, dos espectros experimentais com os espectros simulados de misturas binárias líquidas diluídas, concluímos que quando espécies com coeficientes de difusão bastante distintos são analisadas, os espectros 2D-CRAZED servem muito bem para testar aspectos da atenuação causada pela difusão, que permanecem ocultos, quando espécies com semelhantes coeficientes de difusão são consideradas. Estes estudos preliminares, com a seqüência CRAZED, permitiram confirmar a diminuição do coeficiente de difusão pela formação do agregado. Relatamos nesta tese a descoberta da formação de agregados iônicos de sais de sódio na presença de éter 18-coroa-6 em solução aquosa. Em síntese, tudo se passa como se a formação do agregado fosse a junção de um éter 18-coroa-6, com cerca de seis íons sódio e seis ânions (de um sal de sódio structure breaker), formando um conjunto que se torna hidrofóbico pela aglutinação, expulsando a água

Le but de ce travail de thèse a été de développer à MIRC en une capacité à observer deux aspects clefs du métabolisme cérébral chez le rongeur par spectroscopie RMN des noyaux X : le métabolisme mitochondrial du glucose à partir de l’observation du 13C et la synthèse d’ATP par observation du 31P. Ces développements s’inscrivent à la fois dans une recherche fondamentale pour améliorer notre compréhension du signal RMN et raffiner son analyse ainsi que du métabolisme cérébral chez les sujets sains. Ils s’inscrivent aussi dans une recherche translationnelle avec la possibilité d’évaluer certains aspects du métabolisme comme potentiels biomarqueurs de maladies neurodégénératives. Ces travaux ont pu être réalisés à très haut champ (11.7T) permettant d’obtenir un meilleur rapport signal à bruit. Dans un premier temps, nous présenterons le développement d’une séquence de transfert de saturation pour la mesure des flux de synthèse d’adénosine triphosphate (ATP) et de phosphocréatine (PCr). Cette séquence a été optimisée pour sélectionner avec un module de localisation ISIS le signal émis par le cerveau uniquement. Avec l’augmentation de la résolution spectrale à haut champ, cette séquence a pu être utilisée pour caractériser le phosphate inorganique extracellulaire, et prévenir un biais de quantification possible à plus bas champ. De plus, elle a permis l’observation de l’adaptation du métabolisme cérébral chez les rats transgéniques BACHD, modèles de la maladie de Huntington. Ces rats présentent une augmentation d’environ 10% de la concentration de PCr permettant de pallier à leur plus faible taux de synthèse d’ATP qui lui est diminué de moitié. Dans un second temps, la mise en place d’un pipeline automatisé d’analyse des données a permis d’explorer le modèle métabolique bicompartimental de la consommation de glucose observée en spectroscopie 13C, qui prend en compte le cycle de Krebs dans les neurones et les astrocytes. Deux corrections majeures ont été apportées au modèle traditionnel permettant d’expliquer les dynamiques à moyen et long termes. La première est la mise en évidence d’un pool de glutamate vésiculaire agissant comme tampon temporel au marquage du glutamate, la seconde est la présence d’une dilution 6 fois plus importante de pyruvate vers les astrocytes que vers les neurones. Ces résultats viennent renforcer les hypothèses entourant le couplage métabolique entre ces deux types cellulaires. Ces hypothèses ont pu être testées après l’optimisation d’une séquence d’acquisition du signal RMN des noyaux 13C par transfert de polarisation (DEPT), testée in vivo dans le cerveau du rat sain. Finalement, l’utilisation combinée de la spectroscopie 31P et 13C a été appliquée chez le rat sous intoxication chronique au 3-NP, une toxine inhibant le cycle de Krebs et utilisée comme modèle de la maladie de Huntington. / The aim of this thesis was to develop at MIRCen new capabilities to observe two key aspects of energy metabolism in rodent brains using X nuclei NMR spectroscopy: glucose consumption with 13C spectroscopy and adenosine triphosphate (ATP) synthesis with 31P measurements. These developments will be used to both expand general understanding of brain metabolism in healthy subjects but also provide technical tools to search for biomarkers in translational projects of drug development applied to neurodegenerative diseases. This work was done at very high field (11.7T) where signal to noise could be maximized. In the first part, we present the optimization of saturation transfer sequence to measure ATP synthesis rate as well as phosphocreatine (PCr) synthesis rate. With ISIS module, the signal was localized to a voxel containing only the brain, eliminating outside source of signal. With the higher spectral resolution offered by high fields, a second, extracellular pool of Pi was characterized which could prevent possible biases in flux quantification of ATP synthesis. This sequence was also applied to measure metabolic adaptation of BACHD rat models (models of Huntington’s disease, HD) where it was found that the 10% increase in PCr concentration could palliate the ATP synthase activity that is halved in this model. In the second part, we present how deeper analysis of 13C data using automatic differential equation writing script was used to better understand the bicompartmental model of glucose degradation to glutamate and glutamine, which accounts for TCA cycle in neurons and astrocytes. Two major corrections were made to the traditional model, to fit mid- and long-term unexplained dynamics. Looking at glutamate and glutamine isotopomer labeling dynamics, the necessity of adding a vesicular glutamate temporal buffer was made evident. The distinction between astrocytic and neuronal pyruvate dilution also showed that astrocytes use up to 6 times more pyruvate than neurons showing intricate metabolic coupling between the two cell types. These results have then been tested in vivo after optimization of the ISIS-DEPT sequence to observe 13C labeling in the rat brain. Finally, experiments combining 31P and 13C spectroscopy were performed on rats chronically intoxicated with 3-NP, a toxin inhibiting TCA cycle which is used as a model of HD.

La spectroscopie localisée par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) a de nombreuses applications in vivo, car cette technique permet l'étude des métabolites endogènes. Cette thèse explore dans ce contexte diverses voies d'amélioration des données de spectroscopie. La première méthode présentée, est une méthode de correction de spectre mono-voxel. Une méthode de reconstruction pour l'imagerie spectroscopique s'appuyant sur la résolution d'un système d'équations linéaires au lieu de la transformation inverse de Fourier utilisée habituellement est ensuite proposée. Cette modification permet notamment la prise en compte des défauts du champ magnétique local. Enfin, une dernière méthode qui trouve son utilité lorsque le signal est trop faible pour permettre la quantification des signaux des métabolites ou lorsque les défauts du champ magnétique sont trop importants est développée puis validée par simulation et expérimentalement. / The selection a small region within the body is a critical requirement for in vivo NMR spectroscopy. This thesis presents different methods to optimize this selection and avoid contamination with extraneous signals even in presence of static magnetic field inhomogeneities and radiofrequency pulses imperfections.The first method presented allows for correcting single-voxel spectrum.The second reconstruction method for spectroscopic imaging is based on solving a system of linear equations instead of the inverse Fourier transform usually used.This particular modification allows taking into account defects in the local magnetic field.The last method developedallows metabolites quantificationeven when the signal is weak or when themagnetic field defects are large.