岩田無油式空壓機在支援LC-MS的氮氣產生器之應用

液相層析分析儀由於能夠進行偵測各種有機/無機化合物，液相層析法已經成為生醫、化學與研究實驗室常用的方法。液相層析法經常聽見的精密儀器種類包括：HPLC高效能液相層析法、IC離子層析法、CE毛細管電泳法….；這些儀器種類繁多且有些廠牌可以依據不同功能進行一定程序範圍內的組合各種後段偵測的質譜儀而成LC-MS、LC-MS/MS、三段四極柱質譜儀以及QToF….，如此能夠應對實驗室或檢測中心客戶的實驗或檢測需求。

Data Source : researchgate網站

支援LC-MS精密儀器應用的氮氣產生器

液相層析質譜分析儀執行過程中通常需要惰性氣體擔當載氣 (Carrier Gas)，擔當載氣的氣體最佳的選擇是 Ar氬氣或 He氦氣，但是兩者取得的難度、成本與儲運保存 (氦氣) 高，通常會選擇N₂氮氣；透過相對較高純度的N₂惰性氣體當作帶測物傳輸的載氣能夠避免存有其他非待檢測物質或本身有其他物質反應影響結果。

氮氣產生器純化產生氮氣的種類包含 : Membrane Separation 膜管式 (中空絲膜) 與 Pressure Swing Adsorption (PSA) 變壓吸附式兩類，通常依據需要的氮氣氣體規格來選擇，由於內置空壓機系統的氮氣產生器結構較為複雜且涉及小型商用型空壓機系統設備的機構，且通常許多實驗室有設計空壓機系統，因此請容許我們以無內置空壓機系統的膜管式氮氣產生器的規格 (如下)作為研討的內容。

膜管式氮氣產生器

取得氮氣產生器的規範時需要特別留意的是 Purity 純度、Flow Rate 流量與 Working Pressure 操作壓力三者的要求；通常純度與流量需要參考擬選擇的氮氣產生器 (機) 的Performance Curve 來選定，以免單純參考單張規格表之後選擇到不適用的機型。例如 : 以上表日本岩田 ANEST IWATA 氮氣產生器提供的規格表來看，會因為不同流量調節而讓純度不同提供給相關科學儀器使用。

規格表中提到兩個不同機型在純度97%時流量最高可以調整到 21L/min 或 70L/min；提供給客戶明確的資訊應該是下列情報：

氮氣純度要達到99.0% (含) 以上，氮氣流量則NM-07與NM-15兩個氮氣產生器機型個別約為10L/min. 及 35L/min.。
氮氣純度99.9% (含) 以上，氮氣流量則HF30N與HF60N兩個氮氣產生器機型個別約為4L/min. 及 12L/min.。
氮氣純度落在97%~99.9% 之間者，氮氣流量則HF30N與HF60N兩個氮氣產生器機型個別約為4~21L/min. 及 12~70L/min.。

變壓吸附式氮氣產生器 (PSA)

PSA氮氣產生器利用碳分子篩或氧化鋁…等材料，從壓縮空氣中剝離出氧氣。碳分子篩吸附材料由多孔碳組成，孔徑可以精細控制。當壓縮空氣通過碳分子篩時，氧分子被吸附到孔隙中，而較大的氮分子可以進入排放氣。最終，碳分子篩材料將會被氧分子飽和，而氣體分離作用將不再發生。PSA氮氣產生器始終設計有兩個或多個吸附塔。一個塔正在主動分離產生氮氣體。而另一個塔則在再生過程，高純度氮氣通過它來將氧氣作為廢氣排出。

日本岩田有內置無油式空壓站以及無內置空壓站兩個系列純度可以達到99.999%的氮氣產生器 (如下)。

代理的Chromalytic氮氣產生機中帶U的機型則是確保 THC 碳氫化合物含量 < 0.05ppm 的氮氣品質。

支援氮氣產生器的空壓機系統

提供特定氮氣產生器的壓縮空氣通常有一定的品質要求，一般會依據ISO 8573-1 Class X.X.X.的規格來規範壓縮空氣品質中的固態顆粒數量、水氣含量以及油氣含量；不論是膜管式氮氣產生器或者是變壓吸附式氮氣產生器，對於水氣與油氣的要求尤其特別需要注重，以免影響中空絲膜或者是碳分子篩的功效與壽命。

外置空壓機系統要求的壓縮空氣各種規範要求如下，搭配上面的NM-07與NM-15氮氣產生器的壓縮空氣輸入要求：

壓縮空氣品質要求至少達到ISO 8573-1 Class 1.6.1，能夠達到Class 1.5.1則是最佳的狀態；也就是說，固態顆粒大小 < 0.01µm、水氣含量壓力露點 10℃~3℃、油氣含量要求 < 0.01mg/m³ 以上。專業的空壓機系統廠商必須規劃能夠符合並滿足上述需求產出的壓縮空氣規範，以確保氮氣產生器系統能夠滿足高能效與壽命要求。

產出氮氣需要更高的操作壓力需求?

由於氮氣產生器產出的氮氣操作壓力有時候會有上限的限制，例如上述 Chromalytic克洛瑪麗緹氮氣產生器的最高操作壓力輸出為 0.7MPa，這個時候就會有無法滿足科學儀器輸入氮氣壓力的問題；我們通常會在氮氣產生器系統後方規劃岩田氮氣增壓機EFBS系列來將氮氣在不消耗氣源情況下，將氮氣壓力提升至最高0.95MPa的狀態。如果需要更高的氮氣壓力則需要規畫其他機型的氮氣增壓機。

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