Een shim is een apparaat dat wordt gebruikt om de homogeniteit van een magnetisch veld aan te passen. Shimming is een proces dat wordt uitgevoerd om eventuele inhomogeniteiten in het toegepaste magnetische veld te corrigeren tijdens een nucleaire magnetische resonantie (NMR) experiment.

De inhomogeniteiten kunnen van twee hoofdbronnen afkomstig zijn:

• Variatie in het toegepaste veld door onvolkomenheden in de hoofdmagneet, of voortkomend uit de hoofdmagneet
• Afwijkingen in het hoofdmagnetisch veld door de aanwezigheid van het monster en de sonde in het veld

Waarom Shim?

In NMR spectroscopie, probeert de analist de best mogelijke resolutie te bereiken, met de smalste lijnen in de spectra. Het signaal van een monster is relatief klein, zodat de analist alle beschikbare technieken moet gebruiken om de signaal-ruisverhouding te verhogen; het verhogen van de signaaloutput en het verminderen van de ruis in het systeem helpen om dit doel te bereiken. Het afstemmen van de probe vermindert de ruis in het systeem.

Om het signaal dat bij de detector aankomt te vergroten, is een eenvoudige techniek het uitgangssignaal van het monster te vergroten. Door het aantal kernen met dezelfde spinfrequentie, de Larmor-frequentie, te verhogen, zal het door het monster opgewekte signaal toenemen. De nuclei spinnen met een frequentie die door het magnetisch veld wordt bepaald; bijgevolg zal een uniform magnetisch veld bij het monster betekenen dat meer van de nuclei dezelfde spinfrequentie hebben.

Om een spectrum met hoge resolutie te verkrijgen, moet een magnetisch veld homogeen zijn tot 1 deel op 109 over het monster. Dit maakt een variatie mogelijk van 0,3 Hz bij 300 MHz, een typische spinfrequentie in proton NMR. Een magneet die het hoofdveld produceert dat in NMR wordt gebruikt, kan slechts homogeen zijn tot 1 deel in 106. Shimming verhoogt de uniformiteit van het magnetisch veld.

Shimming

In het midden van de negentiende eeuw werd het woord shim gebruikt om een dunne wig aan te duiden, die werd aangebracht om onderdelen op elkaar te laten passen of uit te lijnen. Toen de oorspronkelijke NMR spectrometers werden ontwikkeld, werd het magnetisch veld opgewekt met ijzeren magneten. Om het veld homogener te maken, werden metalen vulringen gebruikt om de magneten te herpositioneren, en het proces werd shimming genoemd.

Nu, met moderne elektromagneten of supergeleidende magneten, worden vulringen niet langer op hun plaats geduwd. Maar de termen zijn blijven hangen, en het proces van het maken van kleine aanpassingen aan het magnetische veld is nog steeds bekend als shimming.

How to Shim

In moderne NMR spectrometers, wordt shimming gedaan met behulp van kleine elektrische circuits met enige weerstand. Wanneer stroom in een draad vloeit, wordt een magnetisch veld opgewekt. Door gebruik te maken van deze afschermingsschakelingen kunnen dus kleine magnetische velden worden opgewekt, die kunnen worden gebruikt om het hoofdveld aan te passen en de homogeniteit ervan te vergroten.

De afschermingsspoelen kunnen zich in de sonde bevinden, aangezien het veld bij het monster glad moet zijn. De spoelen kunnen het magnetisch veld in verschillende richtingen aanpassen. Typisch zal een analist het veld in drie dimensies moeten aanpassen terwijl hij een referentiepiek meet.

Het gemak van shimming kan een overweging zijn bij de keuze van de NMR-spectrofotometer, zoals besproken in: Report on the use of Benchtop NMR system at the Rochester Institute of Technology.