Uno shim è un dispositivo utilizzato per regolare l’omogeneità di un campo magnetico. Lo shimming è un processo che viene effettuato per correggere eventuali disomogeneità nel campo magnetico applicato durante un esperimento di risonanza magnetica nucleare (NMR).

Le disomogeneità possono provenire da due fonti principali:

• Variazione nel campo applicato a causa di imperfezioni nel magnete principale, o derivanti dal magnete principale
• Deviazioni nel campo magnetico principale dovute alla presenza del campione e della sonda nel campo

Perché Shim?

Nella spettroscopia NMR, l’analista cerca di ottenere la migliore risoluzione possibile, con le linee più strette negli spettri. Il segnale di un campione è relativamente piccolo, quindi l’analista deve usare tutte le tecniche disponibili per aumentare il rapporto segnale-rumore; aumentare il segnale in uscita e ridurre il rumore nel sistema aiuta a raggiungere questo scopo. La sintonizzazione della sonda riduce il rumore nel sistema.

Per aumentare il segnale che arriva al rivelatore, una tecnica semplice è quella di aumentare il segnale in uscita dal campione. Aumentando il numero di nuclei che hanno la stessa frequenza di spin, la frequenza di Larmor, aumenterà il segnale generato dal campione. I nuclei ruotano ad una frequenza determinata dal campo magnetico; di conseguenza, avendo un campo magnetico uniforme sul campione, più nuclei avranno la stessa frequenza di rotazione.

Per ottenere uno spettro ad alta risoluzione, un campo magnetico deve essere omogeneo a 1 parte su 109 attraverso il campione. Questo permette una variazione di 0,3 Hz a 300 MHz, una tipica frequenza di spin nella NMR del protone. Un magnete che produce il campo principale usato nella NMR potrebbe essere omogeneo solo a 1 parte su 106. Lo shimming aumenta l’uniformità del campo magnetico.

Shimming

A metà del diciannovesimo secolo, la parola shim era usata per indicare un cuneo sottile, inserito per far combaciare o allineare le parti. Quando furono sviluppati gli spettrometri NMR originali, il campo magnetico era generato da magneti di ferro. Per rendere il campo più omogeneo, venivano usati degli spessori di metallo per riposizionare i magneti, e il processo era noto come shimming.

Oggi, con i moderni elettromagneti o magneti superconduttori, gli spessori non vengono più spinti in posizione. Ma i termini sono rimasti, e il processo di fare piccoli aggiustamenti al campo magnetico è ancora conosciuto come shimming.

Come shim

Nei moderni spettrometri NMR, lo shimming è fatto usando piccoli circuiti elettrici con una certa resistenza. Quando la corrente scorre in un filo, si genera un campo magnetico. Quindi, utilizzando questi circuiti di spessoramento, si possono generare piccoli campi magnetici da utilizzare per regolare il campo principale applicato e aumentarne l’omogeneità.

Le bobine di spessoramento possono essere nella sonda, poiché è il campo sul campione che deve essere omogeneo. Le bobine possono regolare il campo magnetico in diverse direzioni. Tipicamente, un analista dovrà regolare il campo in tre dimensioni mentre misura un picco di riferimento.

La facilità di spessoramento può essere una considerazione nella scelta dello spettrofotometro NMR, come discusso in: Relazione sull’uso del sistema NMR da banco al Rochester Institute of Technology.