利用NMR表征锂沉积物

在这次采访中，Azom在纳米分析中与Juan Araneda博士谈判，纳布分析的申请化学负责人，关于NMR的不断增加和效用以及它如何有助于锂沉积分析。

是什么让NMR为化学家提供了强大的工具？

核磁共振波谱是识别分子最有力的技术之一。利用一维和二维实验的结合，化学家可以阐明大多数有机分子的结构和连通性。因为有机分子主要由碳和氢组成，所以它们是核磁共振中最常用的核。

NMR是这种强大的技术，用于本申请是其最重要的属性之一通常被忽视 - NMR本质上是定量的。如果我们添加称为内部校准物的已知量的参考化合物，则可以使用它来量化其他组分或确定分析物的纯度。这被称为qnmr。

为什么NMR没有广泛用于工业环境？

高场NMR仪器非常强大。它们提供高分辨率和高灵敏度。它们使用需要冷冻的超导磁铁。它们非常昂贵且大，因此可访问性通常仅限于大学或研究中心。

因为高野仪器昂贵且大，QNMR光谱不是在工业中广泛应用于其他技术，例如UV-VI，GCM，ICP或IR，但出现Benchtop NMR光谱仪促进了在工业环境中纳入这种技术。

我们的台式核磁共振仪可以观察多个核，例如质子、碳、氟、磷、锂或硼。它易于维护;它不需要低温，因为我们使用永磁体。该仪器的磁场为1.4 T，相当于质子的60 MHz。它小巧便携。它只有25公斤重，只有一个小型微波炉大小，所以你可以轻松地在不同地点之间移动。它甚至可以放进手套箱里。

我们拥有与触摸屏相同的外壳，磁铁，电子设备和PC中包含的一切，因此您不需要额外的计算机来使用仪器。它易于使用，它使用常规5毫米NMR管，这非常方便。

为什么使用除了使用NMR的核心以外的兴趣¹H ?

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在过去的几年里，我们已经看到了对不同核的兴趣越来越兴趣，例如氟和磷。与质子相比，使用异共核素，特别是在低场的主要益处之一是它们非常大的化学换档窗口。这转化为最小化重叠，如果要在混合中量化组件，这是理想的。例如，进入电池材料的研究已经使用氟和磷NMR，以确定所用电解质和溶剂亚博网站下载的纯度。

最近受到关注的一个元素是锂。锂有两种核磁共振活性同位素;锂- 6和锂- 7。锂-6天然含量为7.6%，锂-7天然含量为92.4%。两种都是四极性的，锂-6的自旋为1，锂-7的自旋为3/2。因为锂-7更敏感，所以它是锂核磁共振光谱中使用最多的同位素。

锂化合物在许多工业过程中使用，例如玻璃，陶瓷，润滑剂和药物。由于锂离子电池的优异特性，锂电池在过去二十年中的重要性增加，这些电池在各种电子设备中使用，例如笔记本电脑，手机和摄像机。

然而，预计对电动汽车的需求不断增加，以显着增加未来几年锂的需求。大多数锂从地下盐水池中的含锂盐的萃取或来自含锂的岩石等商业生产，例如脱丁烯。迄今为止最大的锂生产国家是澳大利亚之后是智利和中国。澳大利亚从传统的硬岩地雷提取锂，但在南美洲，特别是在智利，玻利维亚和阿根廷，锂在盐水中发现。

盐水萃取的商业过程包括将液体泵送到一系列大池塘。通过太阳蒸发，盐水集中了大约一年。虽然浓缩锂，通过沉淀除去几种矿物质和化合物。在每个步骤中监测锂含量直至其达到约6％。该浓缩溶液仍然含有几种杂质，因此将其转移到硼，镁和钙的回收植物中以不同的阶段除去。最后，最后一步是使用碳酸钠的碳酸锂沉淀。

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正如我所说，在整个过程中，定期监测锂含量，因此您可能需要每周运行数千个样本。该分析的最常用技术是原子吸收（AA）或电感耦合等离子体（ICP）。然而，两种方法都需要显着的样品操纵，并且易于由存在于溶液中存在的不同离子引起的干扰，这被称为基质效应。

您最近出版了关于核磁共振申请的研究 - 您是否可以让我们概述您运行的实验？

我们决定探索潜力Benchtop NMR仪器通过在盐水中的定量来看，通过简化该过程或降低实验的成本，可以提供与传统方法相比提供的优势。从智利的Salar de Atacama的地下盐水游泳池的16个样本从SQM获得。将一组样品送至加拿大的纳米分析，用于核磁共振分析，而另一套在智利中留在SQM中，以分析原子吸收。

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我们不能添加内部校准物，以量化盐水中的锂含量，因为溶解锂离子的水分子的快速动态交换意味着仅观察到单个共振。所以相反，我们使用了校准曲线。该方法在其他分析技术中非常受欢迎，例如GC，原子吸收或UV-Vis，但它在NMR中不那么常见。对于这种方法，我们首先制造一系列感兴趣的分析物的稀释液，然后我们绘制其中一个峰值与浓度的积分。然后，使用回归分析，我们可以使用所生成的校准曲线来确定未知样品的浓度。

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qNMR实验的第一步是确定样品的T1值，因为T1将帮助我们优化实验参数，以最小化与测量相关的误差。用我们的仪器很容易确定T1。我们确定了所有校准样品和4个随机卤水样品的T1。校准样品的T1在3-23秒之间，卤水样品的T1在0.01-15秒之间。因此，我们使用115秒的松弛延迟，这大约是最长T1的5倍。

我们在水中使用氯化锂进行了校准曲线，浓度为0.25至30重量％。将0.6ml将每种溶液转移到NMR管中，并将样品留在仪器中5分钟以平衡。以三倍体获取频谱以产生校准曲线。

通过进行日内和日间实验来评估仪器的可重复性。通过将氯化锂的重复样品以15％浓度的重量浓度运行，评价日期的精度。通过分析连续六天的重复分析相同的样品来研究日常精度。在这两种情况下，监测绝对整合面积，相对标准偏差范围为0.03至0.3％，显示出优异的精度。

我们还通过每天两次运行两次盐水样品进行更长的稳定性研究22天。这证明了仪器非常稳定，即使在很长一段时间内。

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在美国公共卫生协会（APHA）指南的方法开发和评估指南之后还评估了精确和偏见。分析了10个重复的ICP碳酸锂的经认证的碳酸锂标准溶液。标准偏差确定为11ppm，偏差为1 ppm。该申请的检测限（LOD）被建立为锂的最低浓度，其向噪声比等于或高于三个，以及量化（LOQ）的限制，作为具有信号的信号的最低浓度噪声比为10.在该方法中，测定LOD为40ppm锂，测定LOQ为100ppm的锂。

该方法用于分析真正的盐水样品。通过NMR直接从盐水池分析样品 - 没有加入氘代溶剂，并且不进行样品制备或稀释。在所有情况下，NMR样品的相对标准偏差值低于2％。

回归分析比较NMR和AA结果的结果证明了两种技术之间的非常强烈的相关性，具有r²价值0.9996。

BENCHTOP NMR是与它们相比这种类型的锂分析的可行和经济高效的解决方案吗？

在我们的研究之后，我们估计了使用的投资恢复Benchtop NMR.对于本申请，通过查看初始资本成本和氟核苷酸和原子吸收的一般操作支出。初始成本对于NMR略高，但运营成本和维护明显更便宜，使其成为量化盐水中锂的优异替代工具。一些锂矿山每月可以运行超过一千个样本，因此他们的投资回报可能会非常高。

尽管锂电厂的传统方法如ICP和原子吸收，但提供较低的LOD和LOQ而不是NMR，NMR方法提供了超过足够的信号 - 噪音来分析真正的盐水样品。

关于研究人员

胡安·阿拉内达(Juan Araneda)博士是Nanalysis的世界公民，出生于委内瑞拉，在智利长大。2000年代中期，他来到卡尔加里，在沃伦·皮尔斯(Warren Piers)的指导下，在UofC攻读化学。由于无法抑制他对卡尔加里冬季的热情，他选择留在伟大的白色北方，把他的专业知识带到我们的应用化学团队。从那时起，他一直在获取多核谱，并在最酷的核磁共振平台上命名化合物!