氣相色譜中的氮?dú)獍l(fā)生器

 

　　常用的氮?dú)夤┙o方式包括使用鋼瓶氮?dú)夂褪褂?strong>氮?dú)獍l(fā)生器來提供。

 

　　鋼瓶氮?dú)庑枰驓怏w供應(yīng)商購買，一般采用深冷分離法從空氣中獲得，適合大規(guī)模工業(yè)制氮；氮?dú)獍l(fā)生器的種類、原理和結(jié)構(gòu)多種多樣，從原理上來講，一般分為三種，即：電解法、膜分離法，以及變壓吸附（PSA）&碳分子篩法。

 

　　一 電解法制氮

 

　　使用電解法制氮原理的氮?dú)獍l(fā)生器，其主要特點(diǎn)就是儀器具有電解液儲(chǔ)液桶，見下圖：

 

　　其主要原理是：原料空氣進(jìn)入到電解池中，空氣中的氧在陰極被附而獲得電子，與水作用生成氫氧根離子并遷移到陽極，在陽極處失去電子析出氧氣，因此空氣中的氧不斷被分離，只留下氮?dú)怆S氣路被輸出。

 

　　一般而言，加KOH液體（水）的電解法氮?dú)獍l(fā)生器所產(chǎn)生的氮?dú)庵泻扛咔規(guī)в幸欢ǜg性，雖然氣路出口具有凈化裝置，但是如果凈化效果不佳或者凈化裝置失效，容易造成色譜儀不穩(wěn)定，長(zhǎng)時(shí)間使用還會(huì)造成色譜柱柱效降低等后果。因此，不建議使用該種原理產(chǎn)生的發(fā)生器來做氣相色譜儀載氣。

 

　　二 膜分離法制氮

 

　　利用膜（中空纖維膜）分離法制氮的基本原理是：當(dāng)兩種或兩種以上的氣體混合物通過中空纖維膜時(shí)， 由于氣體在膜中的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)有差異， 因而這些氣體在膜中的相對(duì)滲透率是不同的。當(dāng)混合氣體在驅(qū)動(dòng)力（膜兩側(cè)壓力差） 作用下通過中空纖維膜時(shí)， 滲透速率相對(duì)快的氣體， 如水、氫氣、硫化氫、二氧化碳等， 快速透過膜進(jìn)入膜的另一側(cè)。而滲透速率相對(duì)較慢的氣體， 如甲烷、氮?dú)狻⒁谎趸嫉龋?則被膜滯留在這一側(cè)而富集， 從而達(dá)到使混合氣體分離的目的。
 

　　其中，膜式空氣分離器是制氮的核心部件。

 

　　一般而言，采用膜分離制氮得到的氮?dú)饧兌龋?9.9%，可以用在一般的常量分析之中。

 

　　三 變壓吸附（PSA）&碳分子篩法制氮

 

　　1 變壓吸附的原理

 

　　變壓吸附是用于分離混合氣體，提取某一氣體組分的技術(shù)，是指在系統(tǒng)溫度維持不變的情況下，通過升高或降低系統(tǒng)的壓力來不斷地改變吸附劑的吸附量從而達(dá)到組分分離的方法；主要體現(xiàn)在較高壓力下進(jìn)行吸附，在較低壓力下（常壓或真空）使吸附的組分解吸出來，從而得到得到氣體產(chǎn)物。

 

　　2 變壓吸附用于氧氮分離

 

　　實(shí)驗(yàn)室制氮過程中常使用分子篩作為變壓吸附中的吸附劑，因此有的廠家稱之為碳分子篩法。

 

　　以上圖為例，制氮的基本過程為：

 

　　（1）在采用碳分子篩為吸附劑時(shí)，碳分子篩對(duì)氧氮的吸附速度相差很大。在高壓下，空氣進(jìn)入碳分子篩后，在短時(shí)間內(nèi)，氧的吸附速度大大超過氮的吸附速度（碳分子篩對(duì)二氧化碳等也有吸附能力），從而將氣體由空氣變成富氮的組分。

 

　　（2）氮?dú)饬鞒龊螅ㄟ^降低壓力，分子篩表面上被吸附的氧分子等被解吸排出，從而吸附劑得以再生。

 

　　變壓吸附方法制得的氮?dú)獾募兌仍?5. 0%～99. 9%之間，甚至可以得99 .9995 %以上純度的氮?dú)狻Ｒ话愣裕绻枰呒兌鹊牡獨(dú)鈩t需增加氮?dú)鈨艋O(shè)備，并且在其他條件不變情況下（如輸入氣體量），氮?dú)獾募兌仍礁撸獨(dú)廨敵隽縿t越小。

 

　　四 比較

 

　　對(duì)于采用電解法、膜分離法，以及變壓吸附（PSA）&碳分子篩法三種不同原理制氮的實(shí)驗(yàn)室用氮?dú)獍l(fā)生器而言，氮?dú)饧兌鹊南孪奘菦]有限制的，區(qū)別在于氮?dú)饧兌鹊纳舷蓿杭醋儔何剑≒SA）&碳分子篩法原理的氮?dú)獍l(fā)生器可以獲得更高純度的氮?dú)狻Ｄ壳笆忻嫔峡梢再徺I到提供純度達(dá)到99.999%的氮?dú)獍l(fā)生器，相應(yīng)的，其價(jià)格也較高。

 

　　在實(shí)際的使用中，主要是依據(jù)實(shí)際需要選擇可以產(chǎn)生合適純度氮?dú)獾牡獨(dú)獍l(fā)生器。對(duì)于氣相色譜，尤其是裝有ECD檢測(cè)器的氣相色譜儀器，建議選擇可以產(chǎn)生純度大于99.999%純的氮?dú)獍l(fā)生器。如果預(yù)算不能達(dá)到，的辦法是購買高純氮?dú)猓⒓友b除水、除烴和除氧裝置。

 

　　需要注意的是，如果使用氮?dú)獍l(fā)生器，尤其是高純氮?dú)獍l(fā)生器，應(yīng)當(dāng)做好入口空氣的除油和除水。如果用戶的除油和除水過濾器效果不佳，氮?dú)獍l(fā)生器的分離膜或者碳分子篩的分離效果會(huì)隨著使用年限的增加而慢慢失效。