氮气发生器：膜分离or碳分子筛？

氮气发生器作为实验室常用设备之一，作为氮气供气源，用途广泛。其中，对质谱和气相色谱的正常运行起到重要作用。那么，该如何选择合适的氮气发生器呢？膜分离技术和变压吸附技术是现今氮气发生器的两种主要制氮技术。两种制氮技术各有特点和优势。

　　膜分离技术

　　压缩空气通过中空纤维膜，由于不同气体分子直径不同，当空气通过膜的时候，分子直径较小的氧气、二氧化碳和水蒸汽会通过中空纤维膜管道上的小孔，进而排到大气中去。在膜的出口，大分子直径的氮气分子和惰性气体氩气都被收集起来，输送到应用设备。这种氮气分离提取技术简单有效，无需任何移动部件。

膜分离原理图

　　变压吸附技术

　　变压吸附制氮的填充材料是碳分子筛，是一种多孔疏松的棒状碳颗粒，当压缩空气通过碳分子筛时，同样也是根据气体分子直径的不同，碳分子筛会吸附水汽和氧气，但是，氮气不会被吸附，从而被分离。变压吸附的过程包括吸附解压-重生阶段。

变压吸附原理图

　　变压吸附技术和膜分离技术来生产氮气，各有优势。但是，对于某些特定的应用设备，使用其中的一种分离技术比另一种更有优势。具体使用哪种技术更好更合适要取决于应用和流速要求，不能一概而论。而需要强调的是，氮气膜和碳分子筛都不是消耗品，都无需定期更换。

　　两种技术对比来说：

　　1. 尺寸和重量

　　氮气膜尺寸小，重量轻，结构紧凑，更轻盈小巧，甚至发生器能放在标准实验台下，这些对于空间很有限的实验室而言无疑是完美的选择。

　　2. 噪音

　　膜分离技术不产生任何噪音，这也就意味着膜分离氮气发生器能放在应用仪器旁边，安静地工作，无需将发生器放在另外一个房间，从而减少了管道延长所产生的额外费用，也避免了管道漏气的风险。

　　3. 纯度

　　氮气在不同分析仪器中所起的作用不同，所以对纯度的需求也不同，LC-MS所用的氮气主要作为雾化气及保护气，纯度95%就完全能满足需求。理想化状态下，变压吸附所能达到的最大纯度要优于膜分离技术。但变压吸附所产生的氮气纯度与进气量、压力、气源质量都有很大的关系，如果气源不洁净或者气量压力不够，那纯度会大大降低，不能单纯认为变压吸附纯度一定高。

　　4.露点，含水量

　　决定氮气露点含水量的因素，除了分离技术外，进气质量和过滤系统也至关重要。对于碳分子筛的变压吸附，如果前端处理不当，不仅除水能力下降，而且会污染碳分子筛，久而久之碳分子筛就失去了吸附的能力。对于膜分离，如果有较好的前端处理和除水设计，同样可以有效除水，降低露点。

　　5. 空压机的负荷

　　膜分离和变压吸附对空气气量的需求不同。对于膜分离，纯度越高，需要的空气越多，空压机负荷越大。对于变压吸附，会有反吹现象，所以用气量要远高于理论值，不能简单的按照空氮比得出实际空气量，相应空压机负荷也大于理想情况。

　　6. 维护保养

　　膜分离技术移动部件少，所以维护简单。一旦发生器出了问题，小而轻的氮气膜占用空间小，让发生器的维护以及零配件的更换都非常方便，同时，也降低了维护和维修成本，节约了时间。另外氮气膜的工作无需很多电子部件的管理和控制，所以可以将更多的电子部件用于监控核心技术参数，保证了发生器的稳定性。变压吸附相对移动部件、电子控件都多，所以维修维护较为繁琐。

　　综上而言，在选择氮气发生器时，不能单一根据是膜分离技术还是变压吸附技术决定好与坏，要根据实际情况和具体应用合理选择。

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