Comme l’illustre la figure ci-dessous, il est possible de réaliser trois expériences séparées correspondant à chacun des isotopes observables les plus abondants : 1H, 13C et 35Cl.

 

Les trois impulsions d’excitation (E₁, E₂, E₃) sont appliquées à l’échantillon aux fréquences porteuses appropriées. E₁ correspond à la fréquence de résonance de ¹H, E₂ à celle de ¹³C et E₃ à celle de ³⁵Cl. En supposant que les trois isotopes aient été correctement excités, l’échantillon induira des signaux à trois fréquences, f1, f2 et f3, qui sont enregistrées dans trois spectres différents. Si les signaux étaient affichés dans un même diagramme, celui-ci ressemblerait au diagramme illustré dans la figure ci-dessous (noter que les fréquences font référence à un aimant de 11,7 T et que tous les signaux ont été représentés sous forme de singulets, autrement dit de pics individuels).

 

Le spectre artificiel montre trois pics correspondant aux trois isotopes. En se basant sur les nombres relatifs de ces isotopes dans la molécule, on peut s’attendre à ce que les intensités des pics du chlore, de l’hydrogène et du carbone se situent dans le rapport 3:1:1. Cependant, l’abondance isotopique naturelle de ces trois isotopes doit également être prise en compte, ce qui génère un rapport de 227:100:1. L’utilisateur pourra toutefois constater que les rapports d’intensité déterminés expérimentalement ne correspondent pas à ces valeurs. Ce phénomène est dû à un critère inhérent à la technique de RMN, la sensibilité. Ainsi, l’isotope 1H est 63 fois plus sensible en RMN que l’isotope 13C. De ce fait, même si un échantillon contient exactement le même nombre de noyaux 1H que de noyaux 13C, l’intensité des signaux de 1H sera 63 fois supérieure à celle des signaux 13C.

Avec un tracé, comme celui présenté dans la figure ci-dessus, les détails sont perdus et il est impossible de déterminer précisément une fréquence particulière. On dit alors que le spectre affiche une résolution très faible (la résolution d’un spectre est une mesure portant sur la capacité du spectre à différencier deux signaux dont les fréquences sont proches).

L’énorme amplitude de l’échelle verticale pose un problème supplémentaire. La variation résultant de la sensibilité inhérente à la RMN, associée aux variations de l’abondance naturelle, rend souvent impossible la représentation de signaux provenant de différents isotopes sur un seul tracé. De ce fait, la résolution verticale du spectre est alors très faible (la résolution verticale, autrement dit, le rapport signal/bruit d’un spectre est une mesure de la sensibilité).

Si notre analyse du chloroforme est aussi compliquée, c’est parce que nous tentons de comparer les signaux provenant de trois isotopes différents sur un seul spectre (nous ne tenons pas compte ici des restrictions matérielles et électroniques). C’est pourquoi, dans la pratique, les expériences RMN portent toujours sur l’observation d’un seul isotope à la fois. Bien qu’il soit possible d’exciter plus d’un isotope simultanément, en utilisant plusieurs fréquences porteuses (par ex., expériences de découplage), nous n’observerons que les signaux d’un seul isotope. Cela simplifie grandement l’analyse du spectre.

Nous avons mentionné précédemment que les variations en termes de fréquence de résonance de base qui dépendaient de l’environnement chimique local avaient tendance à être relativement faibles. Il n’y aura donc pas de grande dispersion spectrale. Par ailleurs, l’abondance isotopique naturelle et la sensibilité intrinsèque seront toujours les mêmes pour un isotope donné. Par conséquent, l’intensité relative de deux signaux induits par l’isotope 1H sur un spectre unique dépendra uniquement du nombre d’atomes contribuant au signal. Cela simplifie grandement l’analyse du spectre en termes d’informations quantitatives. Avant de passer à une description plus détaillée de la RMN, le lecteur doit se familiariser avec le concept de mesure des déplacements chimiques en ppm (parties par million) par rapport à un signal de référence.