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Stickstoff und vor-ort-gasgeneratoren

Stickstoff, ist ein Inertgas, d. h. es reagiert nicht besonders mit anderen Elementen und Chemikalien. Stickstoff ist in großen Mengen vorhanden – etwa 78 % der Erdatmosphäre besteht aus Stickstoff, sodass wir dieses Element tagtäglich mehr als alle anderen Elemente einatmen.

Stickstoff besitzt die Ordnungszahl 7 und wurde 1772 vom schottischen Physiker Daniel Rutherford entdeckt. Durch Elimination des Sauerstoffs und des Kohlendioxids aus der Luft wies er nach, dass im verbleibenden Gas keine Organismen lebensfähig oder Verbrennungen möglich waren.

Seit der Entdeckung wird Stickstoff für viele wichtige Funktionen verwendet. Aufgrund seiner inerten Eigenschaft wird es für wichtige Schutzfunktionen in Industriezweigen eingesetzt, in denen Oxidation unerwünscht ist, wie Lebensmittelverpackungen, Verringerung von Brandrisiken, Herstellung von Edelstahl, Weinabfüllung, chemische Analysen und insbesondere LC-MS und Gaschromatographie.

N2-Abbildung

Als Chromatographie wird die Trennung von Substanzen bezeichnet, und eine Vielzahl von Labors, die Gaschromatographien (GC) und LC-MS erstellen, verwenden Stickstoff, weil es inert und günstig ist und sogar aus Druckluft erzeugt werden kann. Wegen seiner chemische Reaktionsträgheit ist stickstoff besonders für GC und Massenspektrographie angezeigt, da es nicht mit den Analyten reagiert. Allerdings hat Stickstoff aufgrund seiner relativ geringen optimalen Geschwindigkeit bei GC-Anwendungen im Vergleich zu Helium oder Wasserstoff einen schlechten Ruf. Ungeachtet dessen werden sich immer mehr Labors des Potenzials von Stickstoff als Trägergas für GC-Anwendungen bewusst. Auch wenn sich Stickstoff nur für bestimmte Anwendungen und GC eignet, ist es für diese spezifischen Aufgaben eine äußerst attraktive Alternative.

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Verwendung von Stickstoff im Labor

Stickstoff wird seit Jahrzehnten in Labors eingesetzt. In der Vergangenheit mussten die Labors ihren Stickstoff über Flaschen vom nächstgelegenen Stickstoffwerk beziehen, das für einige Labors ziemlich weit entfernt sein kann. Diese Flaschen versorgen dann einen Chromatographen oder einen Detektor im Fall der GC, damit das Labor die Analyse durchführen kann.

Für die meisten Massenspektrometer ist jedoch ein hohes Gasvolumen erforderlich, sodass die Flaschen innerhalb weniger Tage aufgebraucht werden, insbesondere bei LC-MS. Dies kann dann zu regelmäßigen Unterbrechungen der Analysen führen, um die Flaschen auszutauschen. Darüber hinaus ist der Reinheitsgrad bei fast leeren Flaschen inkonsistent, da Fremdstoffe in den freien Raum der Flasche eintreten und sich mit dem Stickstoff vermischen können. Diese Verunreinigungen beeinträchtigen die Qualität der Analyse, da sie mit der Probe reagieren können.

Eine Alternative für Stickstofflaschen ist der Vor-Ort-Stickstoffgenerator. Ein Stickstoffgenerator macht nicht nur das Umschalten zwischen Flaschen überflüssig, er ist eine kontinuierliche Gasversorgungsquelle mit gleichbleibender Reinheit. Diese Konsistenz wird mithilfe von zwei Technologien erzielt, nämlich der Druckwechseladsorption (PSA) und der membran.

Stickstoffgasgenerator

Stickstoffgasgenerator

Vor-Ort-Gaserzeugung stellt außerdem eine sicherere Lösung dar als Druckflaschen. Es ist kein Personal zum Tragen oder für den Transport schwerer Flaschen im Labor oder auf dem Gelände erforderlich. Es sind auch Kostenvorteile zu nennen, da die Vor-Ort-Stickstofferzeugung den Verwaltungsaufwand zur Bestellung der Flaschen (Auftragsabwicklung und Planung der Lieferungen) verringert werden. Die beim Flaschenbezug anfallenden Versandkosten und die monatlich schwankenden Stickstoffpreise infolge von Angebot und Nachfrage entfallen ebenfalls. Die Vorteile für die Umwelt sind ebenfalls zu berücksichtigen: es entfallen die ständigen Gaslieferungen, und die Gasproduktion in einem Stickstoffwerk erfordert viel Energie.

Die Versorgung von Labors mit Stickstoff hat sich mit der Einführung von N2-Generatoren zur Vor-Ort-Gaserzeugung in Labors modernisiert. In unzähligen Labors auf der ganzen Welt ist die Umstellung auf diese effizientere Art der Gasversorgung für LC-MS und GC-Anwendungen erfolgt. Alle Labors, die die Umstellung noch nicht vorgenommen haben, sollten dies kurzfristig planen, da die Ungewissheit hinsichtlich der Flaschengasversorgung ihre Wettbewerbsfähigkeit und Effizienz beeinträchtigen könnte.

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Referenzen:

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrogen

2. http://www.rsc.org/periodic-table/element/7/nitrogen

3. http://periodic.lanl.gov/7.shtml

4. https://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_swing_adsorption

5. https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrogen_generator#Membrane_technology

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