A shim a mágneses mező homogenitásának beállítására használt eszköz. A shimming egy olyan folyamat, amelyet a nukleáris mágneses rezonancia (NMR) kísérlet során az alkalmazott mágneses mező esetleges inhomogenitásainak korrigálására végeznek.

Az inhomogenitások két fő forrásból származhatnak:

• A főmágnes tökéletlensége miatt az alkalmazott mezőben fellépő, vagy a főmágnesből eredő eltérések
• A főmágneses mezőben a minta és a szonda jelenlétéből adódó eltérések

Miért shim?

Az NMR-spektroszkópiában az analitikus a lehető legjobb felbontásra törekszik, a spektrumban a lehető legszűkebb vonalakkal. A mintából származó jel viszonylag kicsi, ezért az analitikusnak minden rendelkezésre álló technikát fel kell használnia a jel-zaj arány növelésére; a jelkibocsátás növelése és a rendszerben lévő zaj csökkentése segít e cél elérésében. A szonda hangolása csökkenti a rendszerben lévő zajt.

A detektorhoz érkező jel növelésére egy egyszerű technika a mintából származó kimenő jel növelése. Az azonos spinfrekvenciájú, azaz Larmor-frekvenciájú atommagok számának növelése növeli a minta által keltett jelet. Az atommagok a mágneses tér által meghatározott frekvencián pörögnek; következésképpen, ha a mintán egyenletes mágneses tér van, akkor több atommagnak van azonos spinfrekvenciája.

A nagy felbontású spektrum eléréséhez a mágneses térnek a mintán 1:109 részhez homogénnek kell lennie. Ez 300 MHz-en 0,3 Hz-es eltérést tesz lehetővé, ami a proton NMR-ben jellemző spinfrekvencia. Az NMR-ben használt fő mágneses mezőt előállító mágnes csak 1 rész a 106-hoz homogén lehet. A shimming növeli a mágneses mező egyenletességét.

Shimming

A tizenkilencedik század közepén a shim szó alatt egy vékony éket értettek, amelyet azért illesztettek be, hogy az alkatrészek egymáshoz illeszkedjenek vagy igazodjanak. Az eredeti NMR-spektrométerek kifejlesztésekor a mágneses mezőt vasmágnesek segítségével állították elő. A mező homogénebbé tételéhez fém alátéteket használtak a mágnesek áthelyezéséhez, és a folyamatot shimmingnek nevezték.

Most, a modern elektromágnesek vagy szupravezető mágnesek esetében az alátéteket már nem tolják a helyükre. De a kifejezések megmaradtak, és a mágneses mező apró beállításainak folyamatát még mindig shimmingnek nevezik.

How to Shim

A modern NMR-spektrométerekben a shimminget kis ellenállással rendelkező elektromos áramkörökkel végzik. Amikor a vezetékben áram folyik, mágneses mező keletkezik. Így ezeknek a shimming áramköröknek a használata azt jelenti, hogy kis mágneses tereket lehet létrehozni és felhasználni a fő alkalmazott mező beállítására és homogenitásának növelésére.

A shimming tekercsek lehetnek a szondában, mivel a mintánál lévő mezőnek kell simának lennie. A tekercsek több irányban is beállíthatják a mágneses mezőt. Jellemzően az elemzőnek három dimenzióban kell beállítania a mezőt, miközben egy referenciacsúcsot mér.

A shimming könnyűsége szempont lehet az NMR-spektrofotométer kiválasztásakor, amint azt a következőkben tárgyaljuk: Report on the use of the Benchtop NMR system at the Rochester Institute of Technology.