氮气,液质用氮气发生器的四大组成系统介绍

氮气发生器的工作原理是分离空气，电解膜的负极侧发生氧化反应，吃掉空气中的氧化性气体，在正极侧还原，空气流过电解池后就只剩下氮气和惰性气体，故国内发生器的纯度大多标有“相对含氧量”，氮气的纯度和空气流速，有效分解面的长度，电解电势的强弱都有关系，这种分离方法也决定了氮气的纯度不可能做的很高。加入电解质的作用就是提高水的导电率，使电化学反应能顺利进行。
氮气的应用范围广，是我们实验室以及工业生产中*的气体，其应用繁多，用量巨大。氮气的供给方式也很多，尤其是液氮使用的多但是存在的致命的隐患。现在使用较多的液质用氮气发生器可取代液氮减少致命隐患。使用氮气发生器，发生器所制氮气即产即用，其流量能满足使用需求，但又不至于对空气中氧气含量造成较大影响。安全可靠，流量稳定，纯度稳定。可提供纯度高达99.9999%的高纯氮气，按需生产，具有液氮塔、杜瓦等传统气源所不具备的许多优点——更便捷（无需重复订购）、安全（没有泄漏或爆炸危险）及经济（没有持续的气体采购成本）的解决方案。
液质用氮气发生器包括氮氧分离系统、氮气缓冲系统、空气储罐系统、电气控制系统等。在这些系统中，氮氧分离系统是制氮设备的主要部件，由两个交替工作的吸附塔(塔内装碳分子筛)和气动阀、节流阀、消音器等组成。根据碳分子筛对空气中主要成分氧气和氮气的吸附速率不同，在液质用氮气发生器加压吸附和降压脱附过程中实现氮氧分离，而加压吸附与降压脱附过程由可编程控制器按一定程序控制电磁阀，并由电磁阀控制相应的气动阀自动运行。
氧氮分离系统：其主体是两个装满碳分子筛的吸附塔，当洁净压缩空气进入一吸附塔时，O2、CO2和微量H2O被碳分子筛吸附，氮气从出口端输出。当一塔在吸附制氮时，另一塔通过减压使吸附在分子筛中的O2、CO2和H2O从微孔中排出，实现分子筛的生脱附。两塔交替进行吸附和生，连续输出氮气，该系统由吸附塔、塔内装填的碳分子筛、气动阀、消声器、节流阀、压紧气缸、压力表等组成。
氮气缓冲系统：其主要作用在于均衡从氮氧分离系统分离出来的氮气的压力和纯度，保证连续供给氮气。同时，在吸附塔进行生到吸附切换时，它将存储的部分合格氮气回充吸附塔保护床层，另外也有帮助吸附塔升压的作用。该系统由缓冲罐、流量计、粉尘过滤器、调压阀、节流阀、防护阀等组成。
空气储罐系统：保证氧氮分离系统用气平稳，在氧氮分离系统切换时防止瞬间气流流速过快，影响空气净化效果，提高进入吸附器的压缩空气品质，有利于延长分子筛的寿命。该系统由空气储罐、防护阀、截止阀、球阀、压力表等组成。
电气控制系统：其作用是设备启停操作、工作状态指示灯显示、故障声光报警指示、纯度显示和按设定程序驱动气动阀。液质用氮气发生器的电气控制系统由可编程序控制器CPU、气源三联件、电磁阀、指示灯、微氧仪等组成，主要集中安装于电控柜。

氮气发生器的应用范围：
氮气发生器是一套能提取氮气的设备，它主要应用领域为：航空航天、核电核能、食品医药、石油化工、电子工业、材料工业、国防军gong和科学实验等。
1、电子：在精密电子行业，精密仪器的生产和处理需要高纯度氮气。
2、食品：需要防水及防氧处理的食品、水果、粮食处理中需要用到高纯氮气。
3、化工：化工产品生产、储藏及运输过程中需要用到氮气。

氮气发生器在食品行业的使用范围的广泛，主要有以下几处用法：
1、果蔬包装充氮气保鲜，可以保持果蔬的外观，延长货架期。
2、啤酒怕氧气，氧化会使啤酒变色、变味，还影响口感。生产易拉罐啤酒时先充氮气，挤出空气，这样可以保持啤酒原有的口味，让啤酒的泡沫更柔和。以前用二氧化碳的比较多，现在氮气逐步推广。
3、部分饮料也要用氮气，这不是为了防氧化，主要是为了加压。比如塑料饮料瓶、铝质易拉罐（非碳酸型），堆放和运输过程中容易变形，充一点氮气就可以让瓶身更结实。
4、点心、烤肉、面制品等有水分的食品，充氮包装可将保质期提高4倍以上。
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科学技术是diyi生产力，随着科学技术的发展，各式各样的仪器如雨后春笋一般的涌现出来，氮气发生器就是其中之一，打开网页搜索氮气发生器，发现关于其的内容多不胜数，那么为什么氮气发生器这么火呢，这还要从氮气的用处来说了。

氮气是空气中体积分数Z大的一种惰性气体，化学分子式为N2，通常状态下无色无味，比空气密度小。氮气化学性质不活泼，常温下难与其他物质进行反应，因此通常被用作保护气体，液氮可用作深度冷冻剂，高纯氮气可用作色谱等仪器的载气，氮气的性质决定了它的用途的广泛。 

而实验室中氮气通常的来源主要由3种：1.管道气，2.氮气罐，3.氮气发生器。

第1种比较适合大型工厂，建设费用高昂，第2种通常会因储存和运输的麻烦而有一定的局限性，Z后一种操作灵活可控，越来越受到实验室使用。

 氮气发生器是如何产生氮气的呢，通常来说，有三种方法。

1.电化学制备氮气

将高压空气从氢气电解池的阴极一侧通入，在催化剂的催化作用下，进行2H2+O2=2H2O的氧化还原反应，通过此方法可去除空气中的O2，产出高达99.995%N2，然而此方法有一定的局限性。一是此方法只是单纯的去除空气中的O2，对于空气中的其他杂质并未提及，二是单位成本过高，因此此方法通常用来制备少量的氮气。

2. 膜分离制备氮气

利用N2分子和O2分子的扩散速度的不同，将高压空气通过中空纤维膜组件，在输出端就可以积累纯度高达99%的氮气，这种方法在不考虑其他限制的条件下，可以累加使用，因此常用在实验室对气体纯度不高的保护、吹扫等操作实验中，但是由于其氮气纯度不能达到高纯级，且膜组件成本较高、仪器价格也相应的过高。

3. PSA变压吸附制备氮气

通过利用在分子筛中，N2与其它气体分子的吸附能力不同，从而形成差异的浓度，分子筛柱末端可以获得高纯氮气，利用这种方法研制的氮气发生器可以让用户根据个人实际要求，来产生不同纯度的氮气，Z高可达99.999%，这种方法的难点是分子筛柱填装技术，分子筛填装不好，会因为气体高低压频繁变化，导致分子筛受损，微孔数量减少，从而使得性能降低，纯度因此也会受到影响。

普拉勒作为实验室气体发生器行业的主要供应商，其生产的氮气发生器采用双塔变压吸附技术产生连续的高纯氮气，该技术利用碳分子筛的选择性分离并过滤空气中的氧气、二氧化碳和水蒸气。氮气发生器有两个碳分子筛柱，预处理的压缩空气进入并穿过diyi个碳分子筛柱，氧气、二氧化碳、水蒸气及其他杂质被碳分子筛吸附，只允许氮气通过碳分子筛并进入内部氮气罐。经过一段时间后该碳分子筛柱吸附饱和，系统将自动切换至第二个碳分子筛柱继续工作，diyi个已饱和的碳分子筛柱经过快速降压，将吸附捕捉的氧气释放到空气中，从而被活化再生。两个碳分子筛柱的吸附和净化再生过程交替进行，以此连续产生洁净、干燥的高纯氮气，是实验室科研人员的理想选择。

普拉勒氮气发生器原理图

科学技术是生产力，随着科学技术的发展，各式各样的仪器如雨后春笋一般的涌现出来，氮气发生器就是其中之一，打开网页搜索氮气发生器，发现关于其的内容多不胜数，那么为什么氮气发生器这么火呢，这还要从氮气的用处来说了。
 氮气是空气中体积分数Zda的一种惰性气体，化学分子式为N2，通常状态下无色无味，比空气密度小。氮气化学性质不活泼，常温下难与其他物质进行反应，因此通常被用作保护气体，液氮可用作深度冷冻剂，高纯氮气可用作色谱等仪器的载气，氮气的性质决定了它的用途的广泛。 
而实验室中氮气通常的来源主要由3种：1.管道气，2.氮气罐，3.氮气发生器。
 第1种比较适合大型工厂，建设费用高昂，第2种通常会因储存和运输的麻烦而有的局限性，一种操作灵活可控，越来越受到实验室使用。
  氮气发生器是如何产生氮气的呢，通常来说，有三种方法。
1.电化学制备氮气
将高压空气从氢气电解池的阴极一侧通入，在催化剂的催化作用下，进行2H2+O2=2H2O的氧化还原反应，通过此方法可去除空气中的O2，产出高达99.995%N2，然而此方法有的局限性。一是此方法只是单纯的去除空气中的O2，对于空气中的其他杂质并未提及，二是单位成本过高，因此此方法通常用来制备少量的氮气。
2. 膜分离制备氮气
利用N2分子和O2分子的扩散速度的不同，将高压空气通过中空纤维膜组件，在输出端就可以积累纯度高达99%的氮气，这种方法在不考虑其他限制的条件下，可以累加使用，因此常用在实验室对气体纯度不高的保护、吹扫等操作实验中，但是由于其氮气纯度不能达到高纯级，且膜组件成本较高、仪器价格也相应的过高。
3. PSA变压吸附制备氮气
通过利用在分子筛中，N2与其它气体分子的吸附能力不同，从而形成差异的浓度，分子筛柱末端可以获得高纯氮气，利用这种方法研制的氮气发生器可以让用户根据个人实际要求，来产生不同纯度的氮气，Z高可达99.999%，这种方法的难点是分子筛柱填装技术，分子筛填装不好，会因为气体高低压频繁变化，导致分子筛受损，微孔数量减少，从而使得性能降低，纯度因此也会受到影响。

LCMS/MS用气

如大家所知，LCMS/MS用气按大体功能来分的话，有两类气：一、离子源用气；二、质谱四极杆中CAD（碰撞活化室）用气。

离子源用气作用是雾化以及去溶剂，一般为氮气或者零级空气（如AB的质谱），氮气纯度要求不高，但是必须是干净的，不含碳氢化合物，不含水分，必须保证离子源不受外界污染，免除对离子源的频繁维护。该气体耗气量较大，每分钟十几升到几十升，所以也是液质联用的主要耗气源。CAD中碰撞气要用惰性气体一般为氩气或者氮气，它的作用是与进入四极杆的分子粒子或其他离子发生碰撞使之破裂成碎片离子。

而AB Sciex LCMS的Turbo V离子源，Turbo V共用到三路气：Gas1Gas2（雾化气和辅助气）、Curtain gas（帘气）、Exhaust gas（排放气）。其中：

• 辅助气也叫加热气（下图Heater gas）有辅助加热的功能，有助于溶剂气化；

• 帘气是从Orifice小孔中反吹出来的气体，作用是阻止中性分子或者小液滴进入质量分析器，从而减小背景噪音；

• 排放气，顾名思义就是排放废弃溶剂用的。

综合这三路气来看，AB的液质离子源耗气是很可观的，若三路气全用氮气成本很高，所以AB液质的源进气口有三个，其中，Curtain gas用氮气，其他两路可选择零级空气。

液质专用氮气发生器

INNOTEG Hybrid LCMS1氮气发生器是为AB Sciex LCMS（液质联用）设计的液质专用氮气发生器，氮气纯度、压力稳定，性能安全可靠。氮气发生器采用变压吸附技术（PSA）原理，碳分子筛自动再生，即可产生洁净、干燥、无邻苯二甲酸酯的氮气，氮气纯度稳定，使用寿命长。

   ▲INNOTEG（英诺德）Hybrid LCMS1氮气发生器

Hybrid LCMS1内置双重无油空压机，一个空压机通过变压吸附技术利用分子筛的特性过滤空气中的氧气、水蒸汽和二氧化碳等杂质，产生持续的高纯氮气；另一个压缩机除水、除杂质得到符合要求的空气，完全符合AB Sciex液质联用仪的用气需求。

Hybrid LCMS1技术优势
01技术核心

变压吸附制氮技术（PSA）

02杂质含量

无悬浮液体、无邻苯二甲酸酯

03多重压力监控

具有5个压力表，实时监测系统压力，保障用气安全

04超清LCD显示屏

超清LCD显示屏，实时监测设备的流量、压力

05自动故障诊断功能

可自动显示故障信息，方便工程师和客户进行故障诊断

06无油空压机

内置无油空压机，隔音箱设计，静音运行

07方便移动

底部带滚轮，方便移动

08安全证书

通过CE、FCC、MET (UL、CSA) 认证

Z近公司打算购进一部液质或者液质质，哪位大神能给分析一下两者的哪个更合适？我们主要做食品检测与环境检测。

产品介绍：
Anyan品牌高纯度氮气发生器主要由电解系统、净化系统和显示系统组成，电解氮采用物理吸附法和电化学分离法相结合的方式直接从空气中提取高纯氮气，采用贵金属作为催化物，使氮气纯度更高。
产品特征：
1.可取代高压氮气瓶，使实验室仪器化，保证安全。
2.工作过程全自动控制，操作简单，日常维护方便。
3.数码显示产氮量，便于观测仪器工作状态和故障判断。
4.寿命长，可连续或间断使用，产气稳定，不衰减。
8.程序控制智能化的自诊断功能和服务提示功能，便于维护
9.高度集成的模块化结构设计，节省实验室空间
10.系统内置贮气罐稳压单元，带国际标准的安全阀设计
11.带脚轮可移动式设计，方便移动。

产品介绍：
Anyan品牌高纯度氮气发生器主要由电解系统、净化系统和显示系统组成，电解氮采用物理吸附法和电化学分离法相结合的方式直接从空气中提取高纯氮气，采用贵金属作为催化物，使氮气纯度更高。
产品特征：
1.可取代高压氮气瓶，使实验室仪器化，保证安全。
2.工作过程全自动控制，操作简单，日常维护方便。
3.数码显示产氮量，便于观测仪器工作状态和故障判断。
4.寿命长，可连续或间断使用，产气稳定，不衰减。
8.程序控制智能化的自诊断功能和服务提示功能，便于维护
9.高度集成的模块化结构设计，节省实验室空间
10.系统内置贮气罐稳压单元，带国际标准的安全阀设计
11.带脚轮可移动式设计，方便移动。

氮气发生器从制氮原理上来分有中空纤维膜分离法、变压吸附法、电化学分离法三种。

1)中空纤维膜分离法直接产生的氮气纯度一般在99%左右,流量范围为0-10升/min,市场价格大约在几万到十万。

2)变压吸附法直接产生的氮气流量范围更宽,纯度一般也99%, 市场价格大约在10万以内。

3)电化学分离法直接产生的氮气流量在0.3-0.5L/min, 氧含量可以控制在几个ppm, 气体露点根据吸附剂效能可以达到-55℃。价格为1万左右。目前国内配套气相色谱仪的氮气发生器主要是该类型的。

电化学分离法的氮气来自于在电解分离池, 空气中的杂质气体经过电离池后, 在电解液和贵金属及电场作用下被分离。电离池内电解液主要为KOH或NaOH与蒸馏水配制而成, 某些厂家为了降低制造成本,选用低价格的劣质不锈钢,造成电离池极易损坏,并降低了氮气的纯度,影响到仪器的正常使用。同时,电化学分离法制造氮气还要求整个系统有完善的压力控制,否则在突然断电停机时,电解分离池内没有电场的作用,空气不能被分离,输出将的是大量的空气,如果不能及时的关闭氮气输出,大量的空气直接进入色谱柱将造成色谱柱提前损坏。所以在氮气输出气路中增加断电保护切换阀是必须的。

目前市场上的氮气发生器一般都具有启动后延时排空的功能,即氮气发生器在刚刚开机的10分钟内,由于气体纯度低及管路系统内有空气,所以需要把输出的气体排空到大气。排空气体的流量控制,大多数厂家都采用在排空阀出口加固定气阻,这种方法在排空的过程中,可以控制输出的气体流量,但是排空结束,氮气切换到色谱气路中时,由于输出的氮气要很快在连接的管路内建立压力,所以会使氮气发生器输出流量很快增大,电解分离池在短时间内来不急分离空气,从而使大量的没有分离过的空气直接进入色谱系统,造成色谱柱损坏或者脱氧管很快失效。有些厂家在排空口前增加针型阀来限流,这种方法hui出现另外的问题,当氮气系统从排空切换到正常供气状态时,由于色谱仪的柱头压力逐渐上升稳定后,针型阀的输出流量会慢慢变小,如果要想得到正常的流量需要再次调节针型阀通径,这样会使稳定的高纯度氮气系统再次被污染,我们在通过大量实验,采用限流装置解决了上述问题。