Une cale est un dispositif utilisé pour ajuster l’homogénéité d’un champ magnétique. Le calage est un processus qui est effectué pour corriger toute inhomogénéité du champ magnétique appliqué pendant une expérience de résonance magnétique nucléaire (RMN).

Les inhomogénéités peuvent provenir de deux sources principales :

• Variation du champ appliqué due à des imperfections de l’aimant principal, ou provenant de l’aimant principal
• Déviations du champ magnétique principal dues à la présence de l’échantillon et de la sonde dans le champ

Pourquoi Shim ?

En spectroscopie RMN, l’analyste essaie d’obtenir la meilleure résolution possible, avec les raies les plus étroites dans les spectres. Le signal d’un échantillon étant relativement faible, l’analyste doit utiliser toutes les techniques disponibles pour augmenter le rapport signal/bruit ; augmenter la sortie du signal et réduire le bruit dans le système permet d’atteindre cet objectif. Accorder la sonde réduit le bruit dans le système.

Pour augmenter le signal arrivant au détecteur, une technique simple consiste à augmenter le signal de sortie de l’échantillon. En augmentant le nombre de noyaux ayant la même fréquence de spin, la fréquence de Larmor, on augmente le signal généré par l’échantillon. Les noyaux tournent à une fréquence déterminée par le champ magnétique ; par conséquent, avoir un champ magnétique uniforme au niveau de l’échantillon signifie qu’un plus grand nombre de noyaux ont la même fréquence de spin.

Pour obtenir un spectre à haute résolution, un champ magnétique doit être homogène à 1 partie par 109 à travers l’échantillon. Cela permet une variation de 0,3 Hz à 300 MHz, une fréquence de spin typique en RMN du proton. Un aimant produisant le champ principal utilisé en RMN pourrait n’être homogène qu’à 1 partie par 106. Le calage augmente l’uniformité du champ magnétique.

Calage

Au milieu du XIXe siècle, le mot calage était utilisé pour désigner une fine cale, insérée pour que les pièces s’emboîtent ou s’alignent. Lorsque les premiers spectromètres RMN ont été développés, le champ magnétique était généré à l’aide d’aimants en fer. Pour rendre le champ plus homogène, des cales métalliques étaient utilisées pour repositionner les aimants, et le processus était connu sous le nom de shimming.

De nos jours, avec les électroaimants modernes ou les aimants supraconducteurs, les cales ne sont plus poussées en place. Mais les termes sont restés, et le processus consistant à faire de petits ajustements au champ magnétique est toujours connu sous le nom de shimming.

Comment shimer

Dans les spectromètres RMN modernes, le shimming se fait à l’aide de petits circuits électriques ayant une certaine résistance. Lorsque le courant circule dans un fil, un champ magnétique est généré. Ainsi, en utilisant ces circuits de shimming, de petits champs magnétiques peuvent être générés et utilisés pour ajuster le champ principal appliqué et augmenter son homogénéité.

Les bobines de shimming peuvent être dans la sonde, car c’est le champ au niveau de l’échantillon qui doit être lisse. Les bobines peuvent ajuster le champ magnétique dans plusieurs directions. Typiquement, un analyste devra ajuster le champ en trois dimensions tout en mesurant un pic de référence.

La facilité de calage peut être une considération dans le choix du spectrophotomètre RMN, comme discuté dans : Rapport sur l’utilisation du système RMN de banc à l’Institut de technologie de Rochester.