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Wofür wird ein Stickstoffgenerator eingesetzt?
Ein Stickstoffgenerator liefert im Labor hochreinen Stickstoff genau dort, wo er gebraucht wird, aus der Hausdruckluft oder über einen eingebauten Kompressor direkt aus der Umgebungsluft. Solange Strom und Luftzufuhr bestehen, läuft die Erzeugung ohne Unterbrechung, sodass sich lange Messreihen planen lassen, ohne dass eine Flasche zur Neige geht.
Analysegeräte nutzen das Gas als Trägergas, als Spülgas, zum Trocknen oder zum Zerstäuben von Lösungen. Der Stickstoff aus dem Stickstoffgenerator kommt dabei in gleichbleibender Qualität an.
Wie gewinnt ein Stickstoffgenerator den Stickstoff aus der Umgebungsluft?
Als Rohstoff genügt die Umgebungsluft, weil Stickstoff darin rund 78 Prozent ausmacht. Nach dem Verdichten halten Filter und Trockner Wasserdampf, Öl und Staub zurück, bevor im Stickstoffgenerator eines von zwei Verfahren den Trennschritt übernimmt.
Bei der sogenannten Druckwechseladsorption halten Kohlenstoff-Molekularsiebe den Sauerstoff fest und lassen den Stickstoff passieren. Zwei Behälter arbeiten dabei im Wechsel, sodass der eine trennt, während der andere wieder freigeblasen wird. Ein Stickstoffgenerator dieser Bauart erreicht je nach Modell und Durchfluss Reinheiten bis 99,9995 Prozent.
Das „Membranverfahren“ nutzt Bündel hohler Kunststofffasern, durch deren Wände Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf nach außen wandern, während der langsamere Stickstoff im Inneren verbleibt. Ein solcher Stickstoffgenerator liefert bis 99,5 Prozent Reinheit bei hohem Durchfluss.
Welche Gase können mithilfe eines Gasgenerators im Labor produziert werden?
Ein Gasgenerator stellt im Labor nicht nur Stickstoff bereit, sondern je nach Bauart auch Wasserstoff oder gereinigte Luft, erzeugt aus Luft oder Wasser mit Strom. Folgende drei Gase kommen dabei zum Einsatz:
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Stickstoff: Der Stickstoffgenerator gewinnt ihn aus der Luft für die Gaschromatographie und die Massenspektrometrie.
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Wasserstoff: Er entsteht durch „Elektrolyse“ aus Wasser an einer festen Kunststoffmembran und dient als Trägergas oder als Brenngas für Flammenionisationsdetektoren.
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Nullluft: Diese weitgehend von Kohlenwasserstoffen befreite Luft dient als saubere Brennluft für Flammenionisationsdetektoren und weitere Verbrennungsdetektoren.
Wasserstoff entsteht in der Elektrolysezelle erst auf Abruf des Verbrauchers, sodass nur ein geringes Gasvolumen im Gerät steht. Eine integrierte Überwachung kontrolliert den Betrieb des Wasserstoffgenerators fortlaufend.
Welche Analysegeräte versorgt ein Gasgenerator?
Im Gaschromatographen schiebt das Trägergas die verdampfte Probe durch eine beheizte Trennsäule. Je reiner das Gas ist, desto ruhiger bleibt das Grundsignal des Detektors, denn Sauerstoff und Feuchte greifen bei hoher Temperatur die Beschichtung der Säule an.
Für die Spurenanalytik liefert ein Gasgenerator mit Druckwechseladsorption die nötige Reinheit. Beim LC-MS-System, der Kopplung von Flüssigchromatographie und Massenspektrometrie, zerstäubt Stickstoff die Flüssigkeit in der Ionenquelle, trocknet das Lösungsmittel und hält als Vorhanggas Tröpfchen vom Eingang des Massenspektrometers fern.
Hier zählt der Durchfluss mehr als die höchste Reinheit, weshalb an LC-MS-Systemen auch ein Stickstoffgenerator in Membranbauart zum Einsatz kommt. Weitere Abnehmer eines Gasgenerators sind Probenverdampfer, ICP-Spektrometer und Lichtstreudetektoren der Flüssigchromatographie.
Welche Wirtschaftszweige setzen verstärkt auf Stickstoffgeneratoren und Gasgeneratoren?
Gefragt sind Stickstoffgenerator und Gasgenerator überall dort, wo viele Proben in gleichbleibender Qualität gemessen werden, etwa in der Umweltanalytik, in der Lebensmittel- und Pharmaanalytik sowie in der chemischen Industrie. Außerhalb des Labors liefern Membransysteme Stickstoff geringerer Reinheit für die Reifenfüllung, für Lebensmittelverpackungen und für die Fertigung.
Helium, das klassische Trägergas in der Gaschromatographie, entwickelt sich seit Jahren zu einem zunehmend relevanten Kostenfaktor. Stickstoff aus dem Gasgenerator stellt für Methoden mit ausreichender chromatographischer Trennleistungsreserve eine wirtschaftliche Alternative dar.
Auch Wasserstoff, gewonnen durch Elektrolyse, hat sich in zahlreichen GC- und GC-MS-Methoden als Alternative zu Helium etabliert. Der moderne Gasgenerator ermöglicht dabei eine bedarfsgerechte Bereitstellung direkt im Labor, selbstverständlich ganz ohne aufwendige Gasflaschenlagerung.
Stickstoffgenerator und Gasgenerator: Welchen Zweck erfüllen sie im Laboralltag?
Druckgasflaschen stehen in vielen Laboren in einem eigenen Flaschenraum oder in Gasflaschenschränken, von denen Rohrleitungen das Gas an den Arbeitsplatz bringen. Ein Stickstoffgenerator macht Flaschenraum und Leitungsweg überflüssig, denn er erzeugt das Gas unmittelbar am Verbraucher.
Mit ihm entfallen der Flaschenwechsel und der Verlust der Restfüllung, die üblicherweise bei niedrigem Druck in der Flasche verbleibt. Im Alltag zählen bezüglich eines modernen Gasgenerators folgende drei Punkte:
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Versorgung: Hausdruckluft oder ein eingebauter Kompressor liefert die Luft, der Strom treibt die Erzeugung an.
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Wartung: Ein regelmäßig getauschter Filtersatz hält die Reinheit auf dem Sollwert, die Molekularsiebe regenerieren sich im Betrieb selbst.
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Aufwand: An die Stelle von Lieferung, Flaschenmiete und Flaschentransport treten Strom und Wartung.
Stickstoffgenerator und Gasgenerator dienen also dazu, Betriebsgase in Laborqualität am Ort des Verbrauchs zu erzeugen. Statt aus dem Flaschenlager strömt das Gas direkt aus dem Generator neben dem Analysegerät, sodass das jeweilige Labor keinen Flaschenvorrat mehr bereithalten muss und die Erzeugung genau so lange läuft, wie gemessen wird.
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