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？
核磁共振波谱是鉴定分子最有力的技术之一。通过结合一维和二维实验，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，它们是核磁共振中最常用的核。
核磁共振是一种非常强大的技术，它的一个最重要的特性经常被忽视——核磁共振本身就是定量的。如果我们在混合物中加入已知量的参照化合物，也就是所谓的内部校准剂，我们可以用它来量化其他成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？
轨迹核磁共振仪器非常强大。它们提供高分辨率和高灵敏度。他们使用的超导磁体需要低温。它们非常昂贵和庞大，所以通常只能在大学或研究中心使用。
由于高场仪器昂贵且体积大，qNMR光谱在工业上的应用不如其他技术，如UV-Vis、gc - cms、ICP或IR，但它的出现台式核磁共振光谱仪促进了在工业环境中纳入这种技术。
我们的Benchtop NMR仪器可以观察多核，例如质子，碳，氟，磷，锂或硼。它很容易维护;它不需要冷冻原因，因为我们使用永久磁铁。仪器的领域是1.4 T，其在质子中相当于60 MHz。它紧凑且便携。它只有25公斤，是一个小型微波炉的尺寸，所以你可以在位置之间轻松移动。它甚至适合手套箱。
我们有所有的东西包括在同一个外壳，磁铁，电子，和带有触摸屏的PC，所以你不需要额外的计算机来使用仪器。使用方便，使用常规5mm核磁共振管，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，我们看到人们对不同原子核的兴趣越来越浓厚，比如氟和磷。使用杂核素的主要好处之一，特别是在低场，是它们的化学位移窗口比质子大得多。这可以将重叠最小化，如果您想量化混合物中的组件，这是理想的做法。例如，对电池材料的研究已经利用了氟和磷核磁共振，以确定所使用的电解质欧洲杯足球竞彩和溶剂的纯度。
最近一个受到关注的一个元素是锂。锂有两种NMR活性同位素;锂-6和锂7。锂-6的天然丰度为7.6％，锂-7且92.4％。两者都是Quadripolar，其旋流为锂-6和锂-7的3/2。因为锂-7更敏感，所以它是锂NMR光谱中最常用的同位素。
锂化合物用于许多工业过程，如玻璃、陶瓷、润滑油和制药。在过去的20年里，由于锂离子电池的优越性能，锂的重要性增加了。锂离子电池被用于各种电子设备，如笔记本、手机和相机。
然而，电动汽车需求的增长预计将显著增加未来几年对锂的需求。商业上，大多数锂是通过从地下卤水池中提取含锂盐或从锂辉石等含锂岩石中提取的。目前最大的锂生产国是澳大利亚，其次是智利和中国。澳大利亚从传统的硬岩矿中提取锂，但在南美洲，尤其是智利、玻利维亚和阿根廷，锂是在卤水中发现的。
从卤水中提取锂的商业过程包括将液体抽到表面的一系列大池塘中。在那里，海水通过太阳的蒸发浓缩了大约一年的时间。在浓缩锂的过程中，几种矿物质和化合物会被沉淀除去。每一步都要监测锂的含量，直到达到6%左右。这种浓缩溶液仍然含有一些杂质，所以它被转移到回收装置，在那里硼、镁和钙在不同的阶段被去除。最后一步是用碳酸钠沉淀碳酸锂。
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就像我说的，在整个过程中，锂的含量被定期监控，所以你可能需要每周运行数千个样本。这种分析最常用的技术是原子吸收(AA)，或电感耦合等离子体(ICP)。然而，这两种方法都需要大量的样品操作，而且容易受到溶液中存在的不同离子的干扰，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？
我们决定探索潜力台式核磁共振仪器在对卤水中的锂进行定量研究时，看看我们是否可以通过简化过程或降低实验成本，提供与传统方法相比的优势。从智利阿塔卡马盐沼地下卤水池中获得16个样品。其中一组样品被送往加拿大的Nanalysis进行NMR分析，另一组样品留在智利的SQM进行原子吸收分析。
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我们不能添加内部校准剂来量化卤水中的锂含量，因为水分子与锂离子溶解时的快速动态交换意味着只能观察到单个共振。因此，我们使用了校准曲线。这种方法在其他分析技术中非常流行，如GC、原子吸收或UV-Vis，但在核磁共振中不常见。对于这种方法，我们首先对感兴趣的分析物进行一系列稀释，然后绘制其中一个峰对浓度的积分。使用回归分析，我们可以使用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四个随机盐水样品的T1。校准样品的T1在3-23秒之间，盐水样品的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。
我们用氯化锂水溶液制作了校准曲线，其浓度按重量从0.25到30%。将每一种溶液的0.6 ml转移到核磁共振管中，并将样品留在仪器中5分钟使其平衡。三次获取光谱，生成校准曲线。
通过日间和日间实验来评估仪器的重复性。通过运行按重量15%浓度的氯化锂重复样品来评估日内精度。通过连续6天重复分析同一样品，研究了日间精密度。两种方法均监测了绝对积分面积，相对标准偏差在0.03 ~ 0.3%之间，具有良好的精度。
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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根据美国公共卫生协会(APHA)的方法开发和评价指南，还对准确性和偏倚进行了评估。对含有1000ppm锂的ICP的碳酸锂标准溶液进行了10次重复分析。标准偏差为11 ppm，偏差为1 ppm。检测极限(LOD)对于这个应用程序建立了锂的最低浓度,给出了信号噪声比等于或高于三,和量化的限制(定量限)的最低浓度信号的信噪比10。在这种方法中，LOD被确定为40 ppm的锂，LOQ被确定为100 ppm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。
与之相比，台式核磁共振是这种类型锂分析的可行和经济的解决方案吗?
根据我们的研究，我们估计了粗略的投资回报使用台式核磁共振对于本申请，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。
的研究人员
Nanalysis的世界公民Juan Araneda博士出生在委内瑞拉，在智利长大。2000年代中期，他搬到卡尔加里，在沃伦·皮尔斯的指导下在UofC学习化学。无法抑制他对卡尔加里冬天的热情，他选择留在大白北方，把他的专业知识带到我们的应用化学团队。从那时起，他就一直在获取多核光谱，并在最酷的核磁共振台上为化合物命名!
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