Generator azotu do laboratorium: jedno źródło dla LC-MS, GC i TGA
LC-MS, GC i koncentratory próbek w Państwa laboratorium pobierają azot, a każde z tych urządzeń staje, gdy tylko butla się opróżni. Generatory NITROBERG® wytwarzają ten azot u Państwa na miejscu, ze sprężonego powietrza, w czystości od 97 % do 99,999 %. Generator azotu do laboratorium dobiera się albo pod pojedynczy analizator, albo pod całe piętro, na którym stale przybywa urządzeń.
Co musi zapewnić generator azotu do laboratorium
W laboratorium azot to nie jedno wymaganie, tylko kilka naraz. LC-MS (chromatografia cieczowa sprzężona ze spektrometrią mas) pobiera gaz w sposób ciągły, jako gaz rozpylający, suszący i kurtynowy, i pobiera go tak długo, jak długo trwa sekwencja. Koncentratory próbek i stanowiska przygotowania próbek zabierają zwykle największe ilości, najczęściej skokowo. Chromatografia gazowa (GC), układy ICP-MS (spektrometria mas sprzężona z plazmą wzbudzaną indukcyjnie) i analiza termograwimetryczna (TGA) zużywają znacznie mniej, ale to one wyznaczają czystość, z którą muszą żyć wszystkie pozostałe urządzenia. Komory rękawicowe (glovebox), inkubatory wielogazowe i przechowywanie próbek pod poduszką azotową plasują się pomiędzy nimi.
To właśnie ta mieszanka sprawia, że zasilanie w gaz jest kwestią planowania, a nie kwestią sprzętu. Zapotrzebowanie rośnie z każdym nowym analizatorem, a butle kończą się w najmniej odpowiednim momencie sekwencji.
Generator azotu do laboratorium odpowiada na to, oddzielając azot ze sprężonego powietrza na miejscu. W instalacji PSA, czyli w adsorpcji zmiennociśnieniowej, sprężone powietrze przepływa przez złoże węglowego sita molekularnego (CMS), które wiąże tlen, dwutlenek węgla i wilgoć resztkową znacznie szybciej niż azot. Drugi zbiornik regeneruje się przy obniżonym ciśnieniu, podczas gdy pierwszy produkuje, dzięki czemu odbiór pozostaje ciągły. Strona o generatorze azotu PSA opisuje ten proces szczegółowo, a artykuł o węglowym sicie molekularnym wyjaśnia, dlaczego to właśnie sito decyduje o tym, co instalacja rzeczywiście osiąga.

Jakiej czystości azotu wymagają poszczególne urządzenia laboratoryjne
To na czystości planowanie gazów laboratoryjnych najczęściej się wykłada, i to w obie strony. Wartość przyjęta za nisko oznacza dryf detektora. Wartość przyjęta z góry za wysoko dla wszystkiego jest płacona w sprężonym powietrzu, w każdej godzinie pracy instalacji. Poniższa tabela podaje klasy, których te urządzenia zwykle wymagają, i to, czy decydują one o przepływie, czy o czystości. Prosimy zawsze porównać to ze specyfikacją urządzenia, które faktycznie u Państwa stoi, ponieważ wymagania różnią się między producentami i typami detektorów.
| Urządzenie | Typowa klasa | Rola azotu | Decyduje o |
|---|---|---|---|
| LC-MS | od 99 % do 99,5 % | Gaz rozpylający, suszący i kurtynowy | przepływie |
| GC z FID (detektor płomieniowo-jonizacyjny) | 99,999 % | Gaz nośny i gaz uzupełniający (make-up) | czystości |
| GC z ECD (detektor wychwytu elektronów) | 99,999 % i wyżej | Gaz nośny dla detektora wrażliwego na tlen | czystości |
| GC-MS | 99,999 % | Gaz nośny | czystości |
| ICP-MS | 99,999 % | Gaz kolizyjny i reakcyjny, gaz pomocniczy | czystości |
| TGA | 99,999 % | Atmosfera obojętna w komorze termowagi | czystości |
| Koncentratory próbek, przygotowanie próbek | od 95 % do 99 % | Odparowywanie rozpuszczalników | przepływie |
| Komora rękawicowa | 99,99 % i wyżej | Atmosfera ochronna | czystości |
| Inkubator wielogazowy | 99,5 % | Wypieranie tlenu do zadanego stężenia | o żadnym z nich, niski pobór |
| Przechowywanie próbek pod poduszką azotową | 99,5 % | Ochrona przestrzeni nad wzorcami i odczynnikami | o żadnym z nich, niski pobór |
Tabelę należy czytać kolumnami, a nie wierszami. Przepływ wynika z urządzeń w kolumnie przepływu, a klasa czystości z jednego, najbardziej wymagającego wpisu w kolumnie czystości.
Ile kosztuje wyższa czystość w sprężonym powietrzu
Każda wielkość NITROBERG® zużywa na metr sześcienny azotu określoną ilość sprężonego powietrza. Ta proporcja, czyli współczynnik zużycia sprężonego powietrza, jest identyczna w całej serii i zależy wyłącznie od ustawionej czystości.
| Czystość | 97 % | 98 % | 99 % | 99,5 % | 99,9 % | 99,99 % | 99,995 % | 99,999 % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Współczynnik powietrza | 2,3 | 2,3 | 2,6 | 2,9 | 3,4 | 4,6 | 5,2 | 6,4 |
Przejście z 99,9 % na 99,999 % niemal podwaja zapotrzebowanie na sprężone powietrze dla tego samego metra sześciennego azotu, a sprężone powietrze to rachunek za prąd. Laboratorium, które prowadzi wyłącznie zatężanie próbek i osłonę azotową, płaci przy czystości 5.0 za metr sześcienny mniej więcej dwa razy więcej niż przy 99,9 %, za jakość gazu, której żadne urządzenie na stole laboratoryjnym nie wykorzysta.
To także powód, dla którego jedno centralne zasilanie nie jest automatycznie właściwą odpowiedzią: jedno źródło może pracować tylko na jednej czystości. Jeśli chromatograf gazowy z ECD wisi na tym samym zasilaniu co koncentratory próbek, koncentratory też pracują ze współczynnikiem powietrza 6,4.
Jak dobrać generator azotu do laboratorium
Spisać urządzenia i ich pobór
Wartość zużycia należy wziąć z instrukcji każdego urządzenia, w litrach na minutę. Szacunki z pamięci są najczęstszą przyczyną zbyt małej instalacji.
Ustalić czystość
Z powyższej tabeli należy wziąć najwyższe wymaganie ze swojej listy, a potem sprawdzić je w specyfikacji samego urządzenia.
Uwzględnić jednoczesność i rezerwę
Trzeba rozstrzygnąć, które urządzenia naprawdę pracują w tym samym czasie, i doliczyć wydajność dla analizatora, który zostanie kupiony jako następny. Przy zakupie nowego urządzenia o zasilaniu w gaz myśli się zwykle na końcu.
Sprawdzić, co to oznacza dla sprężonego powietrza
Wartość azotu należy pomnożyć przez współczynnik powietrza dla wybranej czystości. Jeśli w zakładzie jest już sieć sprężonego powietrza o wystarczającej wydajności i jakości, generator podłącza się do niej. Jeśli nie, kompletna instalacja na jednej ramie przynosi ze sobą wytwarzanie powietrza, uzdatnianie, magazynowanie i regulację.
Potrzebujesz wymiarowania dla swojej aplikacji?
Prześlij nam profil zużycia i dane operacyjne. Nasz zespół inżynierski dobierze odpowiedni generator.
Jeden generator azotu czy jeden na urządzenie?
Do centralnego zasilania laboratoria dochodzą zwykle przypadkiem. Generator gazów laboratoryjnych kupuje się do pierwszego LC-MS, drugi do stanowiska GC, trzeci wtedy, gdy pojawia się drugi spektrometr mas. W pewnym momencie stoją cztery albo pięć urządzeń, które trzeba serwisować, cztery albo pięć kompletów filtrów, które trzeba mieć na stanie, i cztery albo pięć źródeł hałasu w pomieszczeniu, którego nigdy do tego nie przewidziano.
Połączenie tego w jedną większą jednostkę zmienia obraz: jeden przyjazd serwisu zamiast kilku, jeden komplet części eksploatacyjnych, a generator może stanąć w pomieszczeniu technicznym, zamiast zajmować miejsce na stole laboratoryjnym i podnosić poziom hałasu w samym laboratorium. Przy tej samej wydajności całkowitej i porównywalnym wyposażeniu jedna jednostka jest zwykle tańszą drogą, a wydajność da się później rozbudować, gdy urządzeń przybywa.
Nie znaczy to jednak, że jest to automatycznie lepsza odpowiedź, i warto powiedzieć otwarcie dlaczego. Zasilanie centralne pracuje na czystości swojego najbardziej wymagającego odbiornika. Państwa urządzenia o dużym przepływie i niskim wymaganiu czystości pracują więc również w tej klasie i płacą za to współczynnikiem powietrza. Pojedyncze źródło jest poza tym pojedynczym punktem awarii: gdy stanie, staje całe laboratorium, a nie jedno stanowisko. Zbiornik buforowy pokrywa krótkie przerwy, a butla rezerwowa pozostaje elementem rozsądnego planu. I jeszcze jedno: czystość, która wychodzi z generatora, nie jest automatycznie czystością, która dociera do urządzenia, bo trasa rurociągu, punkty niskie, w których może zbierać się kondensat, i wybór materiału rur także mają tu swój głos.
Wariant, który zwykle się broni, jest wariantem dzielonym: urządzenia analityczne na centralnym zasilaniu o wysokiej czystości, a duzi odbiorcy o niskim wymaganiu czystości na własnej, tańszej nitce. Tę decyzję lepiej podjąć przed ułożeniem instalacji niż po niej.
Azot wytwarzany na miejscu a butle i naczynia Dewara
Zakup w butlach wygląda tanio, bo koszt jest rozłożony. Dzierżawa biegnie niezależnie od tego, czy butla jest używana, każda dostawa jest liczona osobno, umowy niosą klauzule waloryzacyjne, a butle pełne i puste zajmują powierzchnię w budynku, w którym powierzchnia jest droga. Do tego dochodzi obsługa, a wymiana lubi wypaść w środku sekwencji. Ciekły azot w naczyniu Dewara pokrywa wysokie szczyty przy wysokiej czystości, ale odparowuje niezależnie od tego, czy jest używany, i wiąże laboratorium z rytmem dostaw, którego samo nie ustala.
Wytwarzanie na miejscu zastępuje to wszystko inwestycją i rachunkiem za prąd. W porównaniu z zakupem gazu skroplonego generator PSA firmy Berg zwraca się zwykle w dwa do trzech lat.
Standardowe części eksploatacyjne
Filtry i materiały eksploatacyjne to elementy standardowe, dostępne na wolnym rynku. Po zakupie nie czeka na Państwa żaden zamknięty program części producenta. To pytanie warto zadać każdemu dostawcy, którego Państwo porównują: skąd pochodzą jego filtry?
Czystość do 5.0
PSA osiąga 99,999 % przy tlenie resztkowym od 10 ppm, i właśnie tam instalacje membranowe kończą się wyraźnie wcześniej. To się liczy, gdy tylko na liście pojawia się wrażliwy detektor.
Miejsce na rozwój
Seria NITROBERG® sięga od 1,2 do 1 709,1 Nm³/h azotu. Ta sama technika pokrywa więc pojedyncze stanowisko, całe piętro laboratorium i laboratorium zakładowe, które dzieli zasilanie z produkcją.
Bezpośredni dostęp do biura konstrukcyjnego
Pytania o dobór trafiają do ludzi, którzy projektują te instalacje, a nie do call center. Dostawa, uruchomienie i serwis pochodzą z jednej ręki w ramach BERG Group. Gwarancja wynosi trzy lata w standardzie i do pięciu lat przy umowie serwisowej.
Wielkości NITROBERG® do zastosowań laboratoryjnych
Poniższe wartości obejmują tę część serii, w którą wpisuje się większość instalacji laboratoryjnych. Wydajność azotu podano przy czystości 5.0 oraz przy 99,9 %, a obok sprężone powietrze, którego każda wielkość potrzebuje przy czystości 5.0.
| Model | N₂ przy 99,999 % | Co odpowiada | N₂ przy 99,9 % | Sprężone powietrze przy 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 |
Wielkości od 500 do 900 pokrywają większość instalacji laboratoryjnych, także obiekty zasilające kilka analizatorów z jednego źródła. Powyżej seria przechodzi w wydajność, jakiej potrzebuje budynek laboratoryjny albo laboratorium zakładowe dzielące zasilanie z azotem produkcyjnym. Objęte zakresem urządzenia ciśnieniowe NITROBERG® przechodzą ocenę zgodności według dyrektywy ciśnieniowej 2014/68/UE w ramach certyfikowanego zakresu. Projektowanie i produkcja są Made in Germany.
Dla laboratoriów bez odpowiedniej sieci sprężonego powietrza kompletna instalacja azotowa na jednej ramie łączy generator z wytwarzaniem powietrza, uzdatnianiem, magazynowaniem i regulacją w jednej prefabrykowanej jednostce, w konfiguracjach plug and play dla NITROBERG® od 500 do 900.
FAQ: generatory azotu do laboratorium
Generatory PSA NITROBERG® konfiguruje się w zakresie od 97 % do 99,999 %. Przy 99,999 %, co odpowiada klasie czystości 5.0, tlen resztkowy wynosi 10 ppm lub mniej. To pokrywa gaz nośny dla GC i GC-MS, gaz kolizyjny dla ICP-MS oraz atmosferę obojętną w analizie termograwimetrycznej. Niższe klasy ustawia się dla zastosowań, które nie potrzebują takiego zapasu, a w eksploatacji kosztują one wyraźnie mniej. Czystość to decyzja konfiguracyjna, która zapada przy doborze instalacji. Warto więc oprzeć ją na specyfikacjach urządzeń, które faktycznie stoją w laboratorium, a nie na najwyższej dostępnej wartości.
Tak, a w laboratoriach z rosnącym parkiem urządzeń jest to rozwiązanie standardowe. O tym, czy się sprawdzi, decydują dwie rzeczy. Czystość musi wyznaczyć najbardziej wymagające urządzenie na zasilaniu, co oznacza, że każde inne urządzenie pracuje w tej klasie i dopłaca do niej sprężonym powietrzem. Wydajność musi pokryć urządzenia, które naprawdę pracują w tym samym czasie, plus rezerwę na kolejny analizator. Tam, gdzie laboratorium ma zarówno bardzo wrażliwe detektory, jak i koncentratory próbek o dużym przepływie, podział zasilania na nitkę o wysokiej czystości i osobną nitkę o niższej czystości bywa odpowiedzią bardziej ekonomiczną niż wpisanie wszystkiego w jedną klasę.
Generatory membranowe przepuszczają sprężone powietrze przez membrany kapilarne, są kompaktowe, szybko gotowe do pracy i proste w utrzymaniu, ale osiągalna w praktyce czystość kończy się w okolicach 99,5 %. To pokrywa odparowywanie rozpuszczalników, przygotowanie próbek, osłonę azotową i sporą część pracy LC-MS. PSA pracuje na węglowym sicie molekularnym i osiąga 99,999 %, a właśnie tego wymagają gaz nośny dla GC i GC-MS, gaz kolizyjny dla ICP-MS oraz atmosfera obojętna w analizie termograwimetrycznej. Właściwe pytanie nie brzmi więc, która technika jest lepsza, tylko czy cokolwiek na Państwa stole laboratoryjnym potrzebuje więcej niż 99,5 %. Jeśli tak, PSA pokrywa to urządzenie i przy okazji resztę laboratorium.
Generator potrzebuje sprężonego powietrza, a jego ilość zależy od wybranej czystości. Zapotrzebowanie na azot należy pomnożyć przez współczynnik powietrza z powyższej tabeli, który sięga od 2,3 przy 97 % do 6,4 przy czystości 5.0. Jeśli budynek ma już sieć sprężonego powietrza o wystarczającej wydajności i odpowiedniej jakości powietrza, generator podłącza się do niej, i tak jest często wtedy, gdy laboratorium mieści się w zakładzie produkcyjnym. Jeśli nie, kompletna instalacja na jednej ramie zawiera wytwarzanie i uzdatnianie sprężonego powietrza razem z generatorem.
Zbiornik azotu utrzymuje bufor, który pokrywa krótkie przerwy i daje czas na reakcję. Poza tym butla rezerwowa pozostaje elementem rozsądnego planu zasilania, i jest to jedno z tych wyważeń, które pojawiają się, gdy laboratorium łączy kilka urządzeń w jedno źródło. Strategię rezerwy ustala się razem z doborem instalacji i wymaganiami obowiązującymi w danym obiekcie.
Nie. Części eksploatacyjne to komponenty standardowe, a nie zamknięty program producenta, i to utrzymuje koszty eksploatacji w warunkach konkurencji: filtry można kupować tam, gdzie się chce, oferty serwisowe da się porównywać, a koszty po pierwszym roku nie są ustalane przez jednego dostawcę. W całym okresie użytkowania instalacji waży to zwykle więcej niż różnica w cenie zakupu. Gwarancja wynosi trzy lata w standardzie i do pięciu lat w połączeniu z umową serwisową.
Weryfikacja jakości gazu w punkcie poboru należy do obowiązków użytkownika i lepiej zaplanować ją od początku, niż dokładać później. Oznacza to ustalenie, gdzie znajdują się punkty poboru próbek i punkty pomiarowe, co jest monitorowane w sposób ciągły, a co sprawdzane okresowo, oraz jak poprowadzona jest instalacja, żeby gaz docierający do urządzenia nadal odpowiadał gazowi, który opuszcza generator. Wystarczy wnieść to wymaganie do rozmowy o doborze, a punkty pomiarowe da się zaplanować od samego początku.
