Come può la risonanza magnetica a bassa intensità controllare il litio nei sali?

Il litio è il nuovo oro verde: serve per batterie, energia pulita e tecnologie futuristiche. Ma estrarlo da soluzioni saline, i cosiddetti "brine", è una sfida. Gli scienziati hanno testato un metodo che usa la risonanza magnetica nucleare (NMR) a bassa intensità, una tecnica già nota in laboratorio, ma qui adattata per controlli in tempo reale. Con due strumenti di NMR a campo debole, hanno misurato il litio sia in campioni fermi che in flusso continuo, osservando come i nuclei di idrogeno (¹H) e litio (⁷Li) si rilassano dopo un impulso magnetico. I risultati mostrano che la quantità di litio influisce sul tempo di rilassamento, permettendo di quantificarla con buona precisione. Hanno anche verificato l’effetto della temperatura e della presenza di sodio, un altro elemento comune nei brine, per capire quando il metodo è più affidabile. In pratica, questa prova di concetto suggerisce che le fabbriche di litio potrebbero inserire sensori NMR direttamente nelle linee di produzione, controllando la purezza del prodotto senza fermare l’impianto. È un passo verso processi più rapidi, meno costosi e più sostenibili per soddisfare la crescente domanda di batterie elettriche.

La risonanza magnetica nucleare (NMR) sfrutta il momento magnetico dei nuclei atomici. Nei brine, i nuclei di ⁷Li (spin = 3/2) e ¹H (spin = 1/2) rispondono a un campo magnetico statico B₀ e a impulsi di radiofrequenza. Il tempo di rilassamento trasversale (T₂) dipende dall’interazione dei nuclei con l’ambiente molecolare: più alta la concentrazione di ⁷Li, più frequenti sono le collisioni Li‑H₂O, riducendo T₂. Nei dispositivi a bassa intensità (B₀ ≈ 0.05–0.5 T), la separazione chimica è limitata, ma la differenza di T₂ tra ¹H e ⁷Li è sufficiente per una quantificazione affidabile mediante fitting di curve esponenziali. L’analisi in flusso richiede una cella di misurazione a volume ridotto (≈ 100 µL) per minimizzare il tempo di transito e mantenere la stabilità termica. La temperatura influisce sulla viscosità dell’acqua e sulla diffusività ionica, modificando T₂ di circa 2 %/°C. La presenza di Na⁺ introduce effetti di scambio di spin, aumentando il tempo di rilassamento di ⁷Li a concentrazioni Na⁺ > 10 g L⁻¹. Per ottimizzare la sensibilità, è consigliabile calibrare il sistema con standard di litio a concentrazioni note (0,5–5 mmol L⁻¹) e utilizzare sequenze di eco di Carr‑Purcell‑Meiboom‑Gill (CPMG) con echo time di 0,5 ms. L’analisi multivariata (PCA) può separare le componenti di temperatura, sodio e litio, migliorando la precisione della stima in condizioni industriali variabili.