Générateur d’azote de laboratoire : une seule source pour vos instruments
Votre LC-MS, votre GC et les évaporateurs de la préparation d’échantillons consomment tous de l’azote, et chacun d’eux s’arrête dès qu’une bouteille est vide. Les générateurs NITROBERG® produisent cet azote sur votre propre site, à partir de l’air comprimé, à des puretés de 97 % à 99,999 %. Un générateur d’azote de laboratoire se dimensionne aussi bien pour un seul analyseur que pour un étage entier dont le parc d’instruments ne cesse de s’agrandir.
Ce qu’un générateur d’azote de laboratoire doit fournir
Dans un laboratoire, l’azote ne correspond pas à un besoin unique, mais à plusieurs. Un LC-MS (chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse) consomme en continu, comme gaz de nébulisation, gaz de séchage et gaz rideau, et il consomme aussi longtemps que la séquence tourne. Les évaporateurs sous flux d’azote et les postes de préparation d’échantillons prélèvent en général les plus gros volumes, le plus souvent par à-coups. La chromatographie en phase gazeuse (GC), l’ICP-MS (spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif) et l’analyse thermogravimétrique (TGA) consomment nettement moins, mais ce sont elles qui fixent la pureté que tous les autres devront suivre. Les boîtes à gants, les incubateurs multigaz et le stockage d’échantillons sous atmosphère protectrice se situent entre les deux.
C’est ce mélange qui fait de l’alimentation en gaz une question de planification plutôt qu’une question d’équipement. Le besoin augmente à chaque nouvel analyseur qui arrive, et les bouteilles se vident au moment le moins opportun d’une séquence.
Un générateur d’azote de laboratoire y répond en séparant l’azote de l’air comprimé sur place. Dans une installation PSA, l’air traverse un lit de tamis moléculaire carboné, qui fixe l’oxygène, le dioxyde de carbone et l’humidité résiduelle bien plus vite que l’azote. Un second réservoir se régénère à pression réduite pendant que le premier produit, si bien que le débit reste continu. La page sur le générateur d’azote PSA détaille le procédé, et l’article sur le tamis moléculaire carboné explique pourquoi c’est le tamis qui détermine ce que la machine atteint réellement.
Quelle pureté d’azote pour quel instrument de laboratoire
C’est sur la pureté que la planification des gaz de laboratoire dérape le plus souvent, et dans les deux sens. Une pureté trop basse et un détecteur dérive ; une pureté trop élevée partout et vous la payez en air comprimé, à chaque heure de fonctionnement. Le tableau ci-dessous indique les qualités que ces instruments demandent habituellement, et s’ils déterminent votre volume ou votre pureté. Vérifiez toujours par rapport à la spécification de l’instrument que vous possédez réellement, car les exigences diffèrent selon les fabricants et les types de détecteurs.
| Instrument | Qualité typique | Rôle de l'azote | Détermine |
|---|---|---|---|
| LC-MS | 99 % à 99,5 % | Gaz de nébulisation, de séchage et gaz rideau | Le volume |
| GC avec FID (détecteur à ionisation de flamme) | 99,999 % | Gaz vecteur et gaz d'appoint | La pureté |
| GC avec ECD (détecteur à capture d'électrons) | 99,999 % et au-delà | Gaz vecteur pour un détecteur sensible à l'oxygène | La pureté |
| GC-MS | 99,999 % | Gaz vecteur | La pureté |
| ICP-MS | 99,999 % | Gaz de collision et de réaction, gaz auxiliaire | La pureté |
| TGA | 99,999 % | Atmosphère inerte dans la chambre de pesée | La pureté |
| Évaporateurs sous flux d'azote, préparation d'échantillons | 95 % à 99 % | Évaporation des solvants | Le volume |
| Boîte à gants | 99,99 % et au-delà | Atmosphère de protection | La pureté |
| Incubateur multigaz | 99,5 % | Abaisser l'oxygène à une concentration donnée | Ni l'un ni l'autre, faible consommation |
| Stockage d'échantillons sous azote | 99,5 % | Protection du ciel gazeux des étalons et réactifs | Ni l'un ni l'autre, faible consommation |
Lisez ce tableau par colonne, pas par ligne. Votre volume vient des instruments de la colonne volume, votre qualité de pureté vient de la seule entrée la plus exigeante de la colonne pureté.
Ce qu’une pureté plus élevée coûte en air comprimé
Chaque taille NITROBERG® consomme une quantité définie d’air comprimé par mètre cube d’azote produit. Ce rapport, appelé facteur d’air, est identique sur toute la gamme et ne dépend que de la pureté réglée.
| Pureté | 97 % | 98 % | 99 % | 99,5 % | 99,9 % | 99,99 % | 99,995 % | 99,999 % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Facteur d'air | 2,3 | 2,3 | 2,6 | 2,9 | 3,4 | 4,6 | 5,2 | 6,4 |
Passer de 99,9 % à 99,999 % double presque l’air comprimé nécessaire pour le même mètre cube d’azote, et l’air comprimé, c’est la facture d’électricité. Un laboratoire qui ne fait tourner que des évaporateurs et de l’inertage paie en pureté 5.0 environ deux fois plus par mètre cube qu’en 99,9 %, pour une qualité de gaz qu’aucun instrument de la paillasse ne sait exploiter.
C’est aussi la raison pour laquelle une alimentation centrale unique n’est pas automatiquement la bonne réponse : une source ne peut fonctionner qu’à une seule pureté. Mettez un GC équipé d’un ECD sur la même alimentation que vos évaporateurs, et les évaporateurs tournent eux aussi avec un facteur d’air de 6,4.
Comment dimensionner un générateur d’azote pour votre laboratoire
Listez vos instruments et leur consommation
Reprenez la valeur de consommation dans le manuel de chaque instrument, en litres par minute. Les estimations de mémoire sont la cause la plus fréquente d’une installation sous-dimensionnée.
Fixez la pureté
Prenez l’exigence la plus élevée de votre liste dans le tableau ci-dessus, puis vérifiez-la sur la spécification de l’instrument lui-même.
Intégrez la simultanéité et une réserve
Décidez quels instruments fonctionnent réellement en même temps, puis ajoutez la capacité pour l’analyseur que vous achèterez ensuite. À l’arrivée d’un nouvel instrument, l’alimentation en gaz est en général la dernière chose à laquelle quelqu’un pense.
Vérifiez ce que cela implique pour l’air comprimé
Multipliez votre valeur d’azote par le facteur d’air correspondant à la pureté retenue. Si vous disposez déjà d’un réseau d’air comprimé de capacité et de qualité suffisantes, le générateur s’y raccorde. Sinon, un package monté en skid apporte sa propre production d’air, son traitement, son stockage et sa régulation.
Besoin d’un dimensionnement pour votre application ?
Envoyez-nous votre profil de consommation et vos données d’exploitation. Notre équipe d’ingénierie dimensionnera le générateur.
Un seul générateur d’azote, ou un par instrument ?
Les laboratoires arrivent en général à l’alimentation centrale par accident. Un générateur de gaz de laboratoire est acheté pour le premier LC-MS, un deuxième pour la paillasse GC, un troisième quand le deuxième spectromètre de masse arrive. À un moment, il y a quatre ou cinq machines à entretenir, quatre ou cinq jeux de filtres à stocker et quatre ou cinq sources de bruit dans une pièce qui n’a jamais été conçue pour cela.
Regrouper sur une seule unité plus grande change la donne : une intervention de maintenance au lieu de plusieurs, un seul jeu de pièces d’usure, et le générateur peut se placer dans un local technique au lieu d’occuper de la paillasse et d’ajouter du bruit dans le laboratoire lui-même. À capacité totale égale et à équipement comparable, une seule unité est en général la voie la moins chère, et la capacité peut être étendue plus tard, à mesure que le parc d’instruments grandit.
Ce n’est pas automatiquement la meilleure réponse, et il vaut la peine de dire clairement pourquoi. Une alimentation centrale fonctionne à la pureté de son consommateur le plus exigeant : vos instruments à fort volume et faible exigence de pureté tournent donc eux aussi à cette qualité et en paient le facteur d’air. Une source unique est aussi un point de défaillance unique : si elle s’arrête, c’est tout le laboratoire qui s’arrête, et pas une seule paillasse. Un réservoir tampon couvre les interruptions courtes et une bouteille de réserve reste un élément d’une planification raisonnable. Enfin, la pureté qui sort du générateur n’est pas automatiquement celle qui arrive à l’instrument, car le tracé des tuyauteries, les points bas où les condensats peuvent s’accumuler et le choix des matériaux ont tous leur mot à dire.
La version qui tient le mieux est en général la version partagée : les instruments analytiques sur une alimentation centrale à haute pureté, et les gros consommateurs à faible exigence de pureté sur leur propre ligne, moins coûteuse. Cette décision se prend mieux avant la pose des tuyauteries qu’après.
L’azote produit sur site face aux bouteilles et aux vases Dewar
L’approvisionnement en bouteilles paraît bon marché parce que le coût est étalé. La location court que la bouteille soit utilisée ou non, chaque livraison est facturée, les contrats comportent des clauses d’indexation des prix, et les bouteilles pleines comme les bouteilles vides occupent de la surface dans un bâtiment où la surface coûte cher. À cela s’ajoute la manutention, et le changement de bouteille tombe volontiers au milieu d’une séquence. L’azote liquide en vase Dewar couvre des pointes de consommation élevées à haute pureté, mais il s’évapore que vous l’utilisiez ou non et lie le laboratoire à un rythme de livraison qu’il ne maîtrise pas.
La production sur site remplace tout cela par un investissement et une facture d’électricité. Face à un approvisionnement en gaz liquéfié, un générateur PSA Berg s’amortit généralement en deux à trois ans.
Des pièces d’usure standard
Les filtres et les consommables sont des articles standard, disponibles dans le commerce. Aucun programme de pièces propriétaires ne vous attend après l’achat, et la question mérite d’être posée à chaque fournisseur que vous comparez : d’où viennent leurs filtres ?
Une pureté jusqu’à 5.0
La PSA atteint 99,999 % avec un oxygène résiduel à partir de 10 ppm, là où les systèmes à membrane s’arrêtent nettement plus tôt. Cela compte dès qu’un détecteur sensible figure sur la liste.
De la marge pour grandir
La gamme NITROBERG® va de 1,2 à 1 709,1 Nm³/h d’azote. La même technologie couvre donc une paillasse isolée, un étage de laboratoire, et un laboratoire d’usine qui partage son alimentation avec la production.
Un accès direct au bureau d’études
Les questions de dimensionnement vont aux personnes qui conçoivent les machines, pas à un centre d’appels. La livraison, la mise en service et le service viennent d’une seule source au sein du BERG Group. La garantie est de trois ans en standard et jusqu’à cinq ans avec un contrat de maintenance.
Les tailles NITROBERG® pour le laboratoire
Les valeurs ci-dessous couvrent la partie de la gamme dans laquelle se situent la plupart des installations de laboratoire. Le débit d’azote est indiqué en pureté 5.0 et à 99,9 %, avec l’air comprimé dont chaque taille a besoin en pureté 5.0.
| Modèle | N₂ à 99,999 % | Soit | N₂ à 99,9 % | Air comprimé à 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 |
Les tailles 500 à 900 couvrent la plupart des installations de laboratoire, y compris les sites qui alimentent plusieurs analyseurs depuis une seule source. Au-delà, la gamme se poursuit jusqu’à la capacité dont a besoin un bâtiment de laboratoire, ou un laboratoire d’usine qui partage son alimentation avec l’azote de production. Les équipements sous pression NITROBERG® concernés font l’objet d’une évaluation de la conformité au titre de la directive 2014/68/UE, dans les limites du domaine certifié. La conception et la fabrication sont Made in Germany.
Pour les laboratoires sans réseau d’air comprimé adapté, le package azote monté en skid réunit le générateur, la production d’air, son traitement, le stockage et la régulation dans une unité pré-assemblée, en configurations plug-and-play pour les NITROBERG® 500 à 900.
FAQ : générateurs d’azote de laboratoire
Les générateurs PSA NITROBERG® se configurent entre 97 % et 99,999 %. À 99,999 %, ce qui correspond à la qualité 5.0, l’oxygène résiduel est de 10 ppm ou moins. Cela couvre le gaz vecteur pour la GC et la GC-MS, le gaz de collision pour l’ICP-MS et les atmosphères inertes pour l’analyse thermogravimétrique. Les qualités inférieures se règlent pour les applications qui n’ont pas besoin de cette marge, et elles coûtent nettement moins cher à exploiter. La pureté est un choix de configuration fait au moment du dimensionnement, et il vaut donc mieux l’appuyer sur les spécifications des instruments dont vous disposez réellement que sur la valeur la plus élevée disponible.
Oui, et dans les laboratoires dont le parc d’instruments s’étoffe, c’est même la règle. Deux éléments décident si cela fonctionne. La pureté doit être fixée par l’instrument le plus exigeant raccordé à l’alimentation, ce qui signifie que tous les autres instruments tournent à cette qualité et en paient l’air comprimé. La capacité doit couvrir les instruments qui fonctionnent réellement en même temps, plus une réserve pour le prochain analyseur. Lorsqu’un laboratoire réunit à la fois des détecteurs très sensibles et des évaporateurs à fort volume, séparer l’alimentation en une ligne à haute pureté et une ligne distincte à pureté plus basse est souvent plus économique que de tout mettre à la même qualité.
Les générateurs à membrane font passer l’air comprimé à travers des membranes à fibres creuses ; ils sont compacts, rapidement opérationnels et simples à entretenir, mais la pureté qu’ils atteignent en pratique plafonne autour de 99,5 %. Cela couvre l’évaporation des solvants, la préparation d’échantillons, l’inertage et une bonne part du service LC-MS. La PSA utilise un tamis moléculaire carboné et atteint 99,999 %, ce qu’exigent le gaz vecteur pour la GC et la GC-MS, le gaz de collision de l’ICP-MS et les atmosphères d’analyse thermogravimétrique. La vraie question n’est donc pas de savoir quelle technologie est la meilleure, mais si quelque chose sur votre paillasse a besoin de plus de 99,5 %. Si c’est le cas, la PSA couvre cet instrument et le reste du laboratoire avec lui.
Le générateur a besoin d’air comprimé, et la quantité dépend de la pureté retenue. Multipliez votre besoin en azote par le facteur d’air du tableau ci-dessus, allant de 2,3 à 97 % jusqu’à 6,4 en qualité 5.0. Si votre bâtiment dispose déjà d’un réseau d’air comprimé de capacité suffisante et de qualité d’air adaptée, le générateur s’y raccorde, et c’est souvent le cas lorsqu’un laboratoire se trouve à l’intérieur d’un site de production. Sinon, le package monté en skid comprend la production et le traitement de l’air en plus du générateur.
Le réservoir d’azote constitue un tampon, qui couvre les interruptions courtes et vous laisse le temps de réagir. Au-delà, une bouteille de réserve reste un élément d’un plan d’alimentation raisonnable, et c’est l’un des arbitrages à peser lorsqu’un laboratoire regroupe plusieurs instruments sur une seule source. La stratégie de réserve se définit avec la conception de l’installation et les exigences applicables sur votre site.
Non. Les pièces d’usure sont des composants standard et non un programme propriétaire, et cela maintient le coût d’exploitation ouvert à la concurrence : vous pouvez vous approvisionner en filtres où vous voulez, comparer les offres de service, et le coût de possession après la première année n’est pas fixé par un seul fournisseur. Sur la durée de vie de la machine, cela pèse en général plus lourd que l’écart de prix à l’achat. La garantie est de trois ans en standard et jusqu’à cinq ans en combinaison avec un contrat de maintenance.
Vérifier la qualité du gaz au point d’utilisation relève de la responsabilité de l’exploitant, et cela se planifie mieux dès la conception que par un ajout ultérieur. Cela veut dire convenir de l’emplacement des points de prélèvement et de mesure, de ce qui est surveillé en continu et de ce qui est contrôlé périodiquement, et de la façon dont les tuyauteries sont tracées pour que le gaz qui arrive à l’instrument corresponde encore à celui qui sort du générateur. Amenez cette exigence dans la discussion sur le dimensionnement et les points de mesure pourront être prévus dès le départ.