Stickstoffgenerator fürs Labor: LC-MS, GC und Thermogravimeter aus einer Quelle
Ihr LC-MS, Ihr GC und die Verdampfer in der Probenvorbereitung ziehen alle Stickstoff, und jedes dieser Geräte steht still, sobald eine Flasche leer ist. NITROBERG® Generatoren erzeugen diesen Stickstoff bei Ihnen vor Ort aus Druckluft, in Reinheiten von 97 % bis 99,999 %. Ein Stickstoffgenerator im Labor wird entweder für ein einzelnes Analysengerät ausgelegt oder für eine ganze Etage, deren Gerätepark weiter wächst.
Was ein Stickstoffgenerator im Labor leisten muss
Stickstoff ist im Labor keine einzelne Anforderung, sondern mehrere. Ein LC-MS (Flüssigchromatographie mit Massenspektrometrie) zieht durchgehend Gas als Vernebelungs-, Trocknungs- und Vorhanggas, und zwar so lange, wie die Sequenz läuft. Verdampfer und Stationen der Probenvorbereitung nehmen meist die größten Mengen ab, in der Regel stoßweise. Gaschromatographen (GC), ICP-MS-Systeme (Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma) und Thermogravimeter (TGA) verbrauchen deutlich weniger, geben aber die Reinheit vor, mit der alle anderen leben müssen. Gloveboxen, Multigas-Inkubatoren und die Überlagerung gelagerter Proben liegen dazwischen.
Genau diese Mischung macht die Gasversorgung zu einer Planungsfrage und nicht zu einer Gerätefrage. Der Bedarf wächst mit jedem neuen Analysengerät, und Flaschen sind leer, wenn es am wenigsten passt.
Ein Stickstoffgenerator für Labore beantwortet das, indem er den Stickstoff vor Ort aus Druckluft abtrennt. In einer PSA-Anlage strömt die Druckluft durch ein Bett aus Kohlenstoff-Molekularsieb, das Sauerstoff, Kohlendioxid und Restfeuchte sehr viel schneller aufnimmt als Stickstoff. Ein zweiter Behälter regeneriert bei abgesenktem Druck, während der erste produziert, sodass die Abgabe kontinuierlich bleibt. Die Seite zum PSA Stickstoffgenerator beschreibt das Verfahren im Detail, und der Beitrag zum Kohlenstoff-Molekularsieb erklärt, warum ausgerechnet das Sieb bestimmt, was die Anlage am Ende erreicht.
Welches Laborgerät braucht welche Stickstoffreinheit
An der Reinheit geht die Laborgasplanung meistens schief, und zwar in beide Richtungen. Wer zu niedrig ansetzt, bekommt einen driftenden Detektor. Wer pauschal zu hoch ansetzt, bezahlt das in Druckluft, jede Stunde, die die Anlage läuft. Die folgende Tabelle nennt die Klassen, die diese Geräte üblicherweise verlangen, und ob sie Ihr Volumen oder Ihre Reinheit treiben. Prüfen Sie das immer gegen die Spezifikation des Geräts, das bei Ihnen steht, denn die Anforderungen unterscheiden sich zwischen Herstellern und Detektortypen.
| Instrument | Typische Klasse | Funktion des Stickstoffs | Treibt |
|---|---|---|---|
| LC-MS | 99 % bis 99,5 % | Vernebelungs-, Trocknungs- und Vorhanggas | Volumen |
| GC mit FID (Flammenionisationsdetektor) | 99,999 % | Träger- und Make-up-Gas | Reinheit |
| GC mit ECD (Elektroneneinfangdetektor) | 99,999 % und höher | Trägergas für einen sauerstoffempfindlichen Detektor | Reinheit |
| GC-MS | 99,999 % | Trägergas | Reinheit |
| ICP-MS | 99,999 % | Kollisions- und Reaktionsgas, Zusatzgas | Reinheit |
| TGA | 99,999 % | Inertatmosphäre in der Thermowaage | Reinheit |
| Verdampfer, Probenvorbereitung | 95 % bis 99 % | Abblasen von Lösungsmitteln | Volumen |
| Glovebox | 99,99 % und höher | Schutzatmosphäre | Reinheit |
| Multigas-Inkubator | 99,5 % | Sauerstoff gezielt verdrängen | Weder noch, geringe Abnahme |
| Überlagerte Probenlagerung | 99,5 % | Schutz des Gasraums über Standards und Reagenzien | Weder noch, geringe Abnahme |
Lesen Sie die Tabelle spaltenweise, nicht zeilenweise. Ihr Volumen ergibt sich aus den Geräten in der Volumenspalte, Ihre Reinheitsklasse aus dem einen anspruchsvollsten Eintrag in der Reinheitsspalte.
Was höhere Reinheit an Druckluft kostet
Jede NITROBERG® Baugröße verbraucht je Kubikmeter Stickstoff eine definierte Menge Druckluft. Dieses Verhältnis, der Luftfaktor, ist über die gesamte Baureihe identisch und hängt allein von der eingestellten Reinheit ab.
| Reinheit | 97 % | 98 % | 99 % | 99,5 % | 99,9 % | 99,99 % | 99,995 % | 99,999 % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Luftfaktor | 2,3 | 2,3 | 2,6 | 2,9 | 3,4 | 4,6 | 5,2 | 6,4 |
Der Schritt von 99,9 % auf 99,999 % verdoppelt den Druckluftbedarf für denselben Kubikmeter Stickstoff beinahe, und die Druckluft ist die Stromrechnung. Ein Labor, das nur Verdampfer und Überlagerung betreibt, zahlt bei Reinheit 5.0 je Kubikmeter rund doppelt so viel wie bei 99,9 %, für eine Gasqualität, die kein Gerät auf der Bank nutzen kann.
Das ist auch der Grund, warum eine einzige zentrale Versorgung nicht automatisch die richtige Antwort ist: Eine Quelle kann nur auf einer Reinheit laufen. Hängt ein GC mit ECD an derselben Versorgung wie Ihre Verdampfer, laufen die Verdampfer ebenfalls mit Luftfaktor 6,4.
So legen Sie einen Stickstoffgenerator für Ihr Labor aus
Geräte und Abnahme auflisten
Nehmen Sie den Verbrauchswert aus dem Handbuch jedes Geräts, in Litern pro Minute. Schätzungen aus dem Gedächtnis sind die häufigste Ursache für eine zu klein ausgelegte Anlage.
Reinheit festlegen
Nehmen Sie die höchste Anforderung aus Ihrer Liste in der Tabelle oben und prüfen Sie sie anschließend gegen die Spezifikation des Geräts selbst.
Gleichzeitigkeit und Reserve einrechnen
Entscheiden Sie, welche Geräte tatsächlich gleichzeitig laufen, und rechnen Sie Kapazität für das Analysengerät ein, das Sie als Nächstes anschaffen. An die Gasversorgung denkt beim Kauf eines neuen Geräts meist zuletzt jemand.
Prüfen, was das für die Druckluft bedeutet
Multiplizieren Sie Ihren Stickstoffwert mit dem Luftfaktor für die gewählte Reinheit. Wenn Sie bereits ein Druckluftnetz mit ausreichender Leistung und Qualität haben, wird der Generator daran angeschlossen. Wenn nicht, bringt eine skid-montierte Komplettanlage Erzeugung, Aufbereitung, Speicherung und Regelung selbst mit.
Auslegung für Ihre Anwendung?
Senden Sie uns Ihr Verbrauchsprofil und die Betriebsdaten. Unser Engineering-Team legt den passenden Generator aus.
Ein Stickstoffgenerator oder einer je Gerät?
Zur zentralen Versorgung kommen Labore meistens durch Zufall. Ein Gasgenerator für das Labor wird für das erste LC-MS angeschafft, ein zweiter für die GC-Bank, ein dritter, wenn das zweite Massenspektrometer kommt. Irgendwann stehen vier oder fünf Geräte da, die gewartet werden wollen, vier oder fünf Filtersätze, die bevorratet werden müssen, und vier oder fünf Geräusche in einem Raum, der dafür nie vorgesehen war.
Die Zusammenlegung auf eine größere Einheit ändert das: ein Serviceeinsatz statt mehrerer, ein Satz Verschleißteile, und der Generator kann im Technikraum stehen, statt Stellfläche auf der Bank zu belegen und den Laborraum lauter zu machen. Bei gleicher Gesamtkapazität und vergleichbarer Ausstattung ist eine Einheit meist der günstigere Weg, und Kapazität lässt sich später zubauen, wenn der Gerätepark wächst.
Die bessere Antwort ist das nicht automatisch, und es lohnt sich, offen zu sagen warum. Eine zentrale Versorgung läuft auf der Reinheit ihres anspruchsvollsten Verbrauchers. Ihre Geräte mit hohem Volumen und niedrigem Reinheitsbedarf laufen also ebenfalls auf dieser Klasse und zahlen den Luftfaktor dafür mit. Eine einzelne Quelle ist außerdem eine einzelne Schwachstelle: Steht sie, steht das ganze Labor und nicht eine Bank. Ein Pufferbehälter deckt kurze Unterbrechungen ab, und eine Reserveflasche bleibt Teil einer vernünftigen Planung. Und die Reinheit, die den Generator verlässt, ist nicht automatisch die Reinheit, die am Gerät ankommt: Leitungsführung, Tiefpunkte, an denen sich Kondensat sammeln kann, und die Wahl des Rohrmaterials reden mit.
Die Variante, die meistens trägt, ist die geteilte: Analysengeräte an einer zentralen Versorgung mit hoher Reinheit, die großen Verbraucher mit geringem Reinheitsbedarf auf einem eigenen, günstigeren Strang. Diese Entscheidung treffen Sie besser vor der Rohrinstallation als danach.
Stickstoff vor Ort im Vergleich mit Flaschen und Dewargefäßen
Der Flaschenbezug sieht günstig aus, weil sich die Kosten verteilen. Die Miete läuft, ob die Flasche in Gebrauch ist oder nicht, jede Anlieferung wird berechnet, Verträge tragen Preisgleitklauseln, und volle wie leere Flaschen brauchen Stellfläche in einem Gebäude, in dem Stellfläche teuer ist. Dazu kommt das Handling, und der Wechsel fällt gern mitten in eine Sequenz. Flüssigstickstoff im Dewargefäß deckt hohe Spitzen bei hoher Reinheit ab, verdampft aber, ob Sie ihn nutzen oder nicht, und bindet das Labor an einen Liefertakt, den es nicht steuert.
Die Erzeugung vor Ort ersetzt das alles durch eine Investition und eine Stromrechnung. Gegenüber dem Flüssiggasbezug amortisiert sich ein PSA-Generator von Berg typischerweise in zwei bis drei Jahren.
Standardverschleißteile
Filter und Verbrauchsmaterial sind Standardware, die Sie im freien Handel kaufen. Nach dem Kauf wartet kein herstellergebundenes Ersatzteilprogramm auf Sie. Diese Frage lohnt sich bei jedem Anbieter, den Sie vergleichen: Woher kommen die Filter?
Reinheit bis 5.0
PSA erreicht 99,999 % mit Rest-Sauerstoff ab 10 ppm, und genau dort hören Membrananlagen deutlich früher auf. Das zählt, sobald ein empfindlicher Detektor auf der Liste steht.
Platz zum Wachsen
Die NITROBERG® Baureihe reicht von 1,2 bis 1.709,1 Nm³/h Stickstoff. Dieselbe Technik deckt damit die einzelne Bank ab, eine Laboretage und ein Werkslabor, das seine Versorgung mit der Produktion teilt.
Direkter Zugang zum Engineering
Auslegungsfragen gehen an die Leute, die die Anlagen konstruieren, nicht an ein Callcenter. Lieferung, Inbetriebnahme und Service kommen aus einer Hand innerhalb der BERG Group. Die Garantie läuft drei Jahre als Standard und bis zu fünf Jahre mit Servicevertrag.
NITROBERG® Baugrößen für den Laborbetrieb
Die folgenden Werte decken den Teil der Baureihe ab, in den die meisten Laborinstallationen fallen. Die Stickstoffleistung ist bei Reinheit 5.0 und bei 99,9 % angegeben, dazu die Druckluft, die jede Baugröße bei Reinheit 5.0 benötigt.
| Modell | N₂ bei 99,999 % | entspricht | N₂ bei 99,9 % | Druckluft bei 99,999 % |
|---|---|---|---|---|
| NITROBERG® 500 | 1,2 Nm³/h | 20 L/min | 4,1 Nm³/h | 7,7 Nm³/h |
| NITROBERG® 600 | 2,2 Nm³/h | 37 L/min | 7,4 Nm³/h | 13,8 Nm³/h |
| NITROBERG® 700 | 3,4 Nm³/h | 57 L/min | 11,5 Nm³/h | 21,5 Nm³/h |
| NITROBERG® 800 | 4,8 Nm³/h | 80 L/min | 16,4 Nm³/h | 30,7 Nm³/h |
| NITROBERG® 900 | 7,4 Nm³/h | 123 L/min | 25,3 Nm³/h | 47,3 Nm³/h |
| NITROBERG® 1000 | 10,1 Nm³/h | 168 L/min | 34,4 Nm³/h | 64,5 Nm³/h |
Die Baugrößen 500 bis 900 decken die meisten Laborinstallationen ab, auch Standorte, die mehrere Analysengeräte aus einer Quelle versorgen. Darüber geht die Baureihe in die Leistung über, die ein Laborgebäude braucht, oder ein Werkslabor, das sich die Versorgung mit der Produktion teilt. Die betreffenden NITROBERG® Druckgeräte durchlaufen die Konformitätsbewertung nach der Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU im Rahmen des zertifizierten Geltungsbereichs. Entwicklung und Fertigung sind Made in Germany.
Für Labore ohne passendes Druckluftnetz kombiniert die skid-montierte Stickstoff-Komplettanlage den Generator mit Drucklufterzeugung, Aufbereitung, Speicherung und Regelung in einer vormontierten Einheit, in Plug-and-play-Konfigurationen für NITROBERG® 500 bis 900.
FAQ: Stickstoffgeneratoren für das Labor
NITROBERG® PSA-Generatoren werden zwischen 97 % und 99,999 % konfiguriert. Bei 99,999 %, das entspricht Qualitätsklasse 5.0, liegt der Rest-Sauerstoff bei 10 ppm oder darunter. Das deckt Trägergas für GC und GC-MS ab, Kollisionsgas für ICP-MS und die Inertatmosphäre im Thermogravimeter. Niedrigere Klassen werden für Anwendungen eingestellt, die den Spielraum nicht brauchen, und sie kosten im Betrieb spürbar weniger. Die Reinheit ist eine Konfigurationsentscheidung, die bei der Auslegung fällt. Es lohnt sich deshalb, sie auf die Gerätespezifikationen zu stützen, die Sie tatsächlich haben, und nicht auf den höchsten verfügbaren Wert.
Ja, und in Laboren mit wachsendem Gerätepark ist das der Regelfall. Zwei Dinge entscheiden, ob es funktioniert. Die Reinheit muss sich nach dem anspruchsvollsten Gerät an der Versorgung richten, und das bedeutet, dass jedes andere Gerät auf dieser Klasse läuft und die zugehörige Druckluft mitbezahlt. Die Kapazität muss die Geräte abdecken, die tatsächlich gleichzeitig laufen, plus Reserve für das nächste Analysengerät. Wo ein Labor sowohl sehr empfindliche Detektoren als auch Verdampfer mit hohem Volumen betreibt, ist die Aufteilung in einen hochreinen und einen separaten Strang mit niedrigerer Reinheit oft die wirtschaftlichere Antwort, als alles auf eine Klasse zu legen.
Membrangeneratoren führen Druckluft durch Hohlfasermembranen, sind kompakt, schnell betriebsbereit und einfach zu warten, aber die in der Praxis erreichbare Reinheit endet bei rund 99,5 %. Das deckt das Abblasen von Lösungsmitteln, die Probenvorbereitung, die Überlagerung und einen guten Teil des LC-MS-Betriebs ab. PSA arbeitet mit Kohlenstoff-Molekularsieb und erreicht 99,999 %, und genau das verlangen Trägergas für GC und GC-MS, Kollisionsgas für ICP-MS und die Inertatmosphäre im Thermogravimeter. Die eigentliche Frage ist also nicht, welche Technik besser ist, sondern ob irgendetwas auf Ihrer Bank mehr als 99,5 % braucht. Wenn ja, deckt PSA dieses Gerät und den Rest des Labors gleich mit ab.
Der Generator braucht Druckluft, und die Menge hängt von der gewählten Reinheit ab. Multiplizieren Sie Ihren Stickstoffbedarf mit dem Luftfaktor aus der Tabelle oben, der von 2,3 bei 97 % bis 6,4 bei Reinheit 5.0 reicht. Wenn Ihr Gebäude bereits ein Druckluftnetz mit ausreichender Leistung und passender Luftqualität hat, wird der Generator daran angeschlossen, und das ist häufig der Fall, wenn ein Labor in einem Produktionsbetrieb liegt. Wenn nicht, enthält die skid-montierte Komplettanlage die Drucklufterzeugung und die Aufbereitung zusammen mit dem Generator.
Der Stickstoffbehälter hält einen Puffer vor, der kurze Unterbrechungen abdeckt und Ihnen Zeit zum Reagieren gibt. Darüber hinaus bleibt eine Reserveflasche Teil einer vernünftigen Versorgungsplanung, und das ist eine der Abwägungen, die anstehen, wenn ein Labor mehrere Geräte auf eine Quelle zusammenlegt. Die Reservestrategie wird zusammen mit der Anlagenauslegung und den Anforderungen festgelegt, die an Ihrem Standort gelten.
Nein. Die Verschleißteile sind Standardkomponenten und kein herstellergebundenes Programm, und das hält die Betriebskosten im Wettbewerb: Sie können Filter beziehen, wo Sie wollen, Serviceangebote vergleichen, und die Folgekosten nach dem ersten Jahr sind nicht von einem Lieferanten festgelegt. Über die Nutzungsdauer der Anlage wiegt das meist schwerer als der Unterschied im Anschaffungspreis. Die Garantie läuft drei Jahre als Standard und bis zu fünf Jahre in Kombination mit einem Servicevertrag.
Die Gasqualität am Verbrauchsort zu verifizieren, ist Aufgabe des Betreibers, und Sie planen das besser von Anfang an ein, statt es später nachzurüsten. Das heißt: festlegen, wo Probenahme- und Messstellen sitzen, was kontinuierlich überwacht und was periodisch geprüft wird, und wie die Leitung geführt ist, damit das Gas, das am Gerät ankommt, noch dem Gas entspricht, das den Generator verlässt. Bringen Sie die Anforderung in das Auslegungsgespräch ein, dann lassen sich die Messstellen von Beginn an einplanen.