科研實驗室使用空壓機系統面臨的困擾與挑戰

科研實驗室使用壓縮空氣來供應分析儀器或製程時，通常會面臨以下問題與挑戰：

1. 空氣品質問題

科學儀器和製程通常對壓縮空氣的純度要求極高，若空氣品質不佳，可能導致設備損壞或實驗數據不準確。
🔹 水分含量過高 (露點溫度過高)
• 壓縮空氣會產生冷凝水，若未經適當處理，水分可能進入分析儀器或製程，影響氣體流量和測試結果。
• 對應解決方案：使用冷凍式或吸附式乾燥機來降低空氣中的水分含量。
🔹 油霧與雜質污染 (含油量與油氣過高)
• 油式空壓機會產生油霧，如果沒有適當過濾，可能會影響光學、質譜、電子顯微鏡、半導體製程等精密設備。
• 對應解決方案：改用無油空壓機，或加裝活性碳過濾器去除油霧。
🔹 顆粒污染 (粉塵或異物)
• 壓縮空氣中的微塵可能影響精密流量控制或阻塞微細管道（如GC/MS、ICP、AFM等設備）。
• 對應解決方案：使用高效過濾器（如HEPA 或 0.01 µm 過濾器）去除懸浮微粒。

上圖為壓縮空氣中含有 油氣或含油量 (Oil Carryover) 與 冷凝水 結合後產生油乳化現象，容易損壞科學儀器的電磁閥Coil造成短路或精密轉動部品自潤或結垢影響運轉順暢產生損害。

2. 噪音與振動

某些科研實驗需要低噪音環境，例如光學測試、電子顯微鏡、奈米技術研究等，空壓機的震動和噪音可能影響實驗結果。
🔹 噪音過大
• 傳統活塞式或螺旋式空壓機噪音高，影響研究人員的專注力。
• 對應解決方案：選擇靜音型空壓機或設置隔音裝置。
🔹 震動影響精密儀器
• 震動可能干擾高精度測量，例如光學干涉儀、電子顯微鏡或奈米級測試設備。
• 對應解決方案：遠離精密儀器放置空壓機，或使用減震基座。

傳統 往復式空壓機 (活塞式空壓機) 運轉噪音與震動實際紀錄

3. 供氣壓力與流量穩定性

不同的實驗儀器與製程可能需要不同的壓力與流量，如果供應不穩定，會影響結果的準確性或設備的運行壽命。
🔹 壓力波動
• 供氣壓力不穩，可能導致分析儀器（如GC、LC-MS）的峰形不良或數據漂移。
• 對應解決方案：使用穩壓閥、壓力調節器和儲氣罐來穩定供應壓力。
🔹 流量不足或過載
• 當多個設備同時運行時，可能會導致供氣量不足，影響製程穩定性或設備故障。
• 對應解決方案：根據需求選擇適當容量的空壓機，並監測空氣消耗量。

日本岩田多模組無油渦卷式空壓機提供一機多模組設計，除了不需要設計備機也能夠避免非預期停機停線風險，需要多少開啟多少模組也達到節能效果。

4. 能耗與維護成本

科研實驗室通常運行高精度設備，長時間的壓縮空氣供應會增加能耗與維護負擔。
🔹 高耗能：長時間運行會消耗大量電能，影響科研經費分配。
• 空壓機持續運作會消耗大量電力，尤其是傳統的油式或活塞式空壓機。
• 對應解決方案：選擇變頻空壓機（VFD）或多模組設計空壓機、無油渦旋式空壓機，提高能源效率。
🔹 維護需求高
• 濾芯、乾燥機、排水系統需要定期更換和檢查，否則可能影響氣體品質。
• 對應解決方案：建立定期維護計劃，使用智慧監測系統即時監測設備狀況。

5. 空間與安裝限制

🔹占地空間大：大型空壓機系統需要專門的機房或通風設備，不適合小型實驗室。
🔹排熱與散熱問題：壓縮空氣系統會產生大量熱能，可能影響實驗室溫控需求。

6. 環境與安全考量

🔹 冷凝水處理與排放
• 壓縮空氣系統會產生冷凝水，若含油則需適當處理，以免違反環保規範。
• 對應解決方案：使用油水分離器，確保符合排放標準。
🔹 高壓空氣風險
• 未經適當調節的高壓空氣可能導致儀器損壞或安全事故。
• 對應解決方案：安裝壓力安全閥與洩壓裝置，確保操作安全。

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支援生醫製藥實驗室On-Site氣體產生器(機)應用的空壓機系統要求為何?

生醫製藥實驗室常見的On-Site氣體產生器的種類

生醫製藥實驗室在研究開發過程需要各種配合分析用的科學儀器使用的氣體，而提供各種氣體的方式除了極少數如 氦氣或氬氣多還是採用Cylinder鋼瓶之外， On-Site的氣體產生器也是常被考慮的方式之一。On-Site的氣體產生器 (機) 在科研實驗室主要支援科學分析儀器分為以下幾種類型：

  1. 氮氣產生機（Nitrogen Generator）
    🔹 技術原理：
    • PSA（Pressure Swing Adsorption）變壓吸附式 (純度需求較高 > 99.9% 以上時)
    • 膜分離技術（Membrane Separation）膜管式 (純度需求 < 99.9% 以下時)
    🔹 應用場景：
    • HPLC（高效液相層析）、LC-MS（液相層析質譜）
    • 無菌製程、灌裝、包裝充氮
    • 純化與反應氣體供應
  2. 氧氣產生機（Oxygen Generator）
    🔹 技術原理：產氣純度：93%～99%（依醫療或工業需求）
    • PSA（變壓吸附）技術 或 Membrane 膜式分離技術
    🔹 應用場景：
    • 細胞培養、生物反應器
    • 製藥與無菌製程
    • 醫療供氧
  3. 氫氣產生機（Hydrogen Generator）
    🔹 技術原理：
    • 電解水技術（PEM 或鹼性電解）
    🔹 應用場景：
    • GC-FID（氣相層析火焰離子化偵測器）
    • ICP-MS（電感耦合電漿質譜）
    • 環保與製藥化學分析
  4. 離子化空氣產生機（Zero Air Generator）
    🔹 技術原理：
    • 觸媒氧化有機污染物，去除 HC（碳氫化合物）
    🔹 應用場景：
    • GC（氣相層析）載氣
    • 環境監測、質譜分析

On-Site氣體產生器取代鋼瓶Cylinder的原因

為何採用 On-Site 氣體產生機取代 Cylinder 鋼瓶？主要採用的考慮因素包括：
✅ 氣體純度穩定，不受運輸與存儲影響 或者 不因為使用後期純度不足造成實驗非預期中斷需要重新執行一遍的時間浪費與成本浪費。
✅ 降低營運成本，避免頻繁更換鋼瓶。
✅ 提升安全性，減少高壓鋼瓶爆炸與洩漏風險。
✅ 符合 GMP / ISO 需求，提供即時供應。
✅ 可根據需求調整流量與純度。

生醫製藥實驗室空壓機系統的要求

On-Site 氣體產生機 (器) 所需的潔淨乾燥空壓機規格要求必須符合氣體產生器 (機) 對高潔淨、無油、低露點的要求，常見的壓縮空氣系統配置如下：
🔹 空壓機（Compressor）
👉 推薦規格： 日本岩田 無油渦卷式空壓機（1HP～30HP）
👉 壓力需求： 7~10 bar
👉 噪音需求： ≤50 dB（實驗室環境）
👉 壓縮空氣品質： 無油、無水、低顆粒雜質
🔹 過濾乾燥系統
💡 標準空氣純度需求（ISO 8573-1）
類別 顆粒雜質 含水量（露點） 含油量
Class 1.2.1 < 0.1 µm -40°C PDP（壓力露點） 0.01 mg/m³

👉 過濾系統建議配置：

✔ 高效精密濾芯（0.01 µm，去除雜質與油霧）
✔ 冷凍式乾燥機以及吸附式乾燥機（露點≤ -40°C）
✔ 活性碳過濾器或活性碳槽 (油氣吸附系統；去除殘餘油氣）

結論與建議

1️⃣ On-Site 氣體產生器 (機) 適合生醫製藥實驗室，以提供更穩定、安全、經濟的實驗室全天候供應的需求氣體。
2️⃣ 建議選擇取得國際認證的無油式空壓機（例如 : 日本岩田無油渦卷式空壓機）以確保壓縮空氣純淨度。
3️⃣ 建議搭配國際確效認證的精密過濾與乾燥系統，以確保空氣品質達到 ISO 8573-1 Class 1.2.1 標準。


這樣的系統才能確保氣體產生機的穩定運行，符合生醫製藥領域的高標準需求！

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日本岩田無油式空壓機系統在科研實驗室有哪些應用?

壓縮空氣在科研實驗室中的應用非常廣泛，涵蓋生物醫學、化學、物理、電子工程、材料科學等領域。根據不同研究需求，空壓機系統可提供潔淨、穩定、無油、無菌的壓縮空氣，以確保實驗結果的準確性和可靠性。

  1. 生物醫學與製藥研究
    (1) 細胞與分子生物學實驗
    • 無菌氣體供應：細胞培養箱、無菌工作站、灌流培養系統。
    • 微流體技術：控制細胞培養介質與流體動力學。
    • PCR 及基因測序：驅動樣本輸送與氣動閥門。
    (2) 生物製劑與疫苗開發
    • 無菌壓縮空氣：GMP 級無菌藥物生產，如抗體、疫苗、基因治療產品。
    • 發酵與生物反應器：提供氧氣與氣體混合控制（O₂、CO₂、N₂）。
    • 噴霧乾燥技術：藥物微粒化與粉末製劑研究。
    (3) 細胞治療與組織工程
    • 幹細胞培養：控制氣體流速，確保培養環境穩定。
    • 3D 生物列印：推動細胞墨水輸送，確保生物材料精準沉積。
    • 細胞分選與分析：如 FACS（螢光活化細胞分選）使用壓縮空氣進行樣本推送。
  1. 化學與分析實驗室
    (1) 氣相層析（GC）與質譜分析（MS）
    • 氣相層析（GC）：提供載氣（N₂、H₂、He）、推動氣體流動。
    • 液相層析-質譜聯用（LC-MS）：驅動噴霧電離源，確保分析靈敏度。
    • 四極桿質譜儀：需要高純度無油壓縮空氣。
    (2) 反應控制與合成
    • 化學反應釜：高壓氣體驅動催化反應。
    • 流動化學（Flow Chemistry）：微反應器內的氣體調控。
    • 超臨界流體萃取（SFE）：以高壓 CO₂ 萃取藥物或天然化合物。
  1. 物理與材料科學
    (1) 奈米材料與半導體研究
    • CVD（化學氣相沉積）：用於薄膜與半導體製程。
    • PVD（物理氣相沉積）：金屬塗層製造，氣體動力控制。
    • 電噴霧沉積：推動奈米粒子分散與噴塗。
    (2) 粉體工程與顆粒技術
    • 氣流粉碎（Jet Milling）：製造超細粉體，如藥物與金屬氧化物。
    • 氣體懸浮技術：控制顆粒在反應環境中的行為。
  1. 電子與機械工程
    (1) 精密氣動控制
    • 自動化機械臂：壓縮空氣驅動機械夾爪。
    • MEMS（微機電系統）：微閥門與微流控系統。
    (2) 雷射與光學系統
    • 雷射切割與雕刻：壓縮空氣清潔鏡片與驅動氣動鏡片定位。
    • 光學腔室清潔：去除灰塵，確保光學設備精度。
  1. 環境與能源研究
    (1) 燃料電池與氫能研究
    • 氣體供應：為氫燃料電池提供氧氣或氫氣混合控制。
    • 碳捕集與封存（CCS）：壓縮 CO₂ 進行環境研究。
    (2) 風洞與空氣動力學
    • 風洞實驗：壓縮空氣模擬高風速環境。
    • 空氣動力測試：評估飛機、汽車或無人機的氣動特性。
  1. 法醫與安全測試
    (1) 呼氣分析
    • 酒精測試儀：壓縮空氣作為校準氣體。
    • 代謝氣體檢測：如呼氣中的揮發性有機化合物（VOCs）分析。
    (2) 生物武器與防禦研究
    • 氣溶膠傳播模擬：研究病毒與細菌氣溶膠行為。
    • 防護過濾測試：測試 N95 口罩、HEPA 過濾器對氣體污染物的阻隔效果。

結論
空壓機系統在科研實驗室的應用涵蓋生物醫學、化學、物理、電子、環境、法醫等多個領域，主要用途包括：
✅ 無菌氣體供應（細胞培養、PCR、FACS）
✅ 高純度氣體控制（GC-MS、CVD、PVD）
✅ 氣動裝置與機械控制（微流體、MEMS、自動化設備）
✅ 環境與能源研究（燃料電池、碳捕集、風洞）

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科研實驗室空壓機系統規劃指南

概述

科研實驗室的空壓機系統主要用於提供潔淨、穩定的壓縮空氣，以支持各類實驗設備、氣動工具和控制系統的運行。良好的空壓機規劃能確保實驗精度、安全性及設備壽命。另外一方面，運轉噪音也是不容輕忽的重要因素，因為科研實驗室通常位在育成中心、廠辦大樓或者是科技廠辦，運轉噪音過高不僅影響實驗動物的穩定性，更會干擾科學家或研究人員的專注度與身心健康；甚至導致鄰居或隔壁機構的申訴抗議，影響正常營運。

空壓機系統需求分析

在規劃空壓機系統前，需要評估以下因素：

  1. 應用需求：確定壓縮空氣的用途，如氣相色譜（GC）、質譜（MS）、細胞培養、氣動閥控制、乾燥或腔體形成正壓避免粉塵或異物維持乾淨…等。
  2. 氣源品質：
    o 潔淨度：是否需要無油空氣壓縮機或額外的多道過濾設備；包括：固態顆粒與油氣含量要求。
    o 乾燥度：壓縮空氣大氣露點或壓力露點要求（例如：-40°C 露點或更低）；在生技製藥實驗室甚至會要求動態檢測微生物結果規格。
    o 壓力穩定性：壓力波動是否影響實驗結果。
  3. 用氣量：
    o 計算所有設備的總用氣量（L/min 或 m³/h）；同時精算經常性用氣量與高低峰用氣量。
    o 預留未來擴展的餘量（通常額外增加 20-30%）或擴充的空間以及機電管路接入預留彈性。
  4. 環境條件：
    o 實驗室空間限制、通風條件及噪音影響。
    o 供電需求及電力可用性。

空壓機選型

無油空壓機（適用於高潔淨要求，如生技醫療、半導體或高科技光電電子實驗室）；優勢：從源頭就無油污染，符合潔淨空氣標準。缺點：成本高，相同機種產氣效率相對於有油式空壓機較低。科研實驗室通常會建議採用無油式空壓機，依據需求選擇適合的空壓機類型：

  1. 活塞式空壓機（適用於間歇使用；運轉機構如上動畫）：
    o 優勢：價格低、維修簡單。
    o 缺點：噪音大、震動大、含油量較高。
  2. 螺旋式空壓機（適用於長時間運行；半導體研發機構的大型實驗室可以考慮）：
    o 優勢：噪音較往復式低很多但是教渦卷式高出不少、壓力穩定、壽命長。
    o 缺點：價格較高，需定期保養且維護保養耗材成本較高。
  3. 無油渦旋式空壓機（適用於中小型精密設備；運轉機構如下動畫）：
    o 優勢：體積小、無油、噪音低；在22kW以下為能效最高機種。
    o 缺點：氣量相較於螺旋式較小，1~5小馬力非常適用於分散式配置應用，7.5~30馬力則適合應用於中央供氣應用。

輔助設備與管路規劃

  1. 過濾與乾燥設備：
    o 初級過濾器：去除固體顆粒及水分（5μm 過濾）。
    o 精密過濾器：去除細微油霧及雜質（0.01μm 過濾）。
    o 冷凍式乾燥機：將露點降至 3°C 左右。
    o 吸附式乾燥機（如有低露點需求，如 -40°C）。
  2. 儲氣桶：
    o 減少壓力波動，提升系統穩定性。
    o 容量建議為空壓機產氣量的 20-30%並且必須考慮其材質與表面處理要求。
  3. 管路材質選擇：
    o 不鏽鋼管：適用於高純度需求（如半導體、實驗室）。
    o 鋁合金管：重量輕、安裝方便，適合一般應用。
    o 銅管：適用於醫療氣體，但成本較高。
  4. 管路佈局：
    o 環狀設計：如果場所格局較大且總管長較常為了達到壓力均勻，減少壓降，環狀設計是最佳的設計配置；但是因為環狀設計成本較高，如果總管長並非很長 (須依據流速壓損計算)，則必須謹慎設計管徑大小。
    o 末端調壓閥或增壓機：調節不同設備所需壓力。為降低系統壓力節能，有時也會採用增壓機來提高局部用氣壓力，但是不建議使用耗氣量極大的增壓缸 (噪音與耗氣比較如下影片)。
    o 排水系統：設置自動排水閥，避免積水影響設備。

增壓缸與增壓機運轉能源消耗(節能)比較

增壓缸與增壓機運轉噪音比較

安全與維護

  1. 安全措施：
    o 定期檢查壓力安全閥與壓力開關作動是否正常，避免超壓運行。
    o 設置過載保護裝置，防止電機過熱。
    o 空壓機房需具備良好通風，避免高溫影響效率；建議年平均溫度不要超過攝氏30℃並設計冷空氣流入與熱空氣排出的自然通風或強制進排風設計。
  2. 維護保養：
    o 依據空壓機原廠建議，定期更換進氣過濾器濾芯、機體軸承黃油及密封件。
    o 每年檢測乾燥機與儲氣罐內部狀況，確保系統正常運行。
    o 監測管路洩漏，降低能耗。

案例與應用

實驗室類型 推薦空壓機類型 壓縮空氣品質要求
化學分析實驗室 無油渦旋式空壓機 高潔淨、低露點、穩定供氣及低噪音
物理研究實驗室 螺旋式空壓機 穩定供氣、低噪音
生物醫學實驗室 無油渦卷式空壓機 高潔淨、低露點、穩定供氣及低噪音
半導體實驗室 無油式空壓機 超高潔淨度與低露點要求、穩定供氣

結論與建議

科研實驗室的空壓機系統規劃需根據實驗需求選擇適合的設備，並搭配適當的過濾與乾燥裝置，以確保壓縮空氣的品質與穩定性。此外，合理的管路設計與維護計畫有助於延長設備壽命，提升實驗效率及安全性。

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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LCMS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Chromalytic克洛瑪麗緹氮氣產生器提供的規格表來看，可能會誤解為流量 32L/min 或 64L/min 且 純度達到 99% 的 7 bar 氮氣可以提供給相關儀器應用。

規格表中提到兩個不同機型流量最高可以調整到 35L/min 或 70L/min；提供給客戶明確的資訊應該是下列情報：

  1. 氮氣純度要達到99.5% (含) 以上，氮氣流量則HF30N與HF60N兩個氮氣產生器機型個別約為17.5L/min. 及 32.5L/min.。
  2. 氮氣純度95.0% (含) 以上，氮氣流量則HF30N與HF60N兩個氮氣產生器機型個別約為32L/min. 及 64L/min.。
  3. 氮氣純度落在95%~99.5% 之間者，氮氣流量則HF30N與HF60N兩個氮氣產生器機型個別約為17.5~32.0L/min. 及 32.0~64.0L/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。

Chromalytic克洛瑪麗緹有兩個種類並各有流量 1 L/min. 與 2 L/min. 的 (U)HP1 與 (U)HP2 機型純度可以達到99.9995%的氮氣產收器，規格表如下。

其中帶U的機型則是確保 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HF30N與HF60N氮氣產生器的壓縮空氣輸入要求如下兩個表所示 (上表為搭配HF30N，下表為搭配HF60N)：

壓縮空氣品質要求至少達到ISO 8573-1 Class 1.5.1，能夠達到Class 1.3.1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 7℃~-20℃、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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岩田無油式空壓機系統在零空氣產生器Zero Air Generators的應用

零空氣產生器ZERO AIR含碳氫化合物多寡會依據不同的應用而有所不同，依據我國環保署出具的公報標準為碳氫化合物含量 < 1 ppm 在使用於GC-MS檢測C5~C10的非極性氣態有機物採樣袋採樣就算符合標準；但是目前市面上許多零空氣產生器則多設計為 < 0.1 ppm 為標準規範，甚至歐洲英國的Chromalytic Zero Air Generator則以 < 0.05 ppm 為標準規範。

零空氣產生器主要是通過對壓縮空氣中的總碳氫化合物進行催化裂解產生低於特定要求含量碳氫化合物的氣體產生器，應用於GC-FID、FPD、AES與NPD…等，與氫氣產生器產生的氫氣當作 GC 的 燃料用 (Fuel Gas) 不同，其主要產生的氣體主要當作 GC 氣相層析儀器燃燒時的輔助氣體 (Auxiliary Gas)。

零空氣 Zero Air 應用在GC-FID (火焰利用 離子偵測器) 時主要是利 H2 與 O2 中燃燒的火焰將樣品高壓電極電離而離子化 ，並在電場中形成帶電的離子流，輸送至訊號放大器偵測可以被燃燒的有機樣品待測物。FID系統結構請參考下圖圖示 (資料來源 : ScienceGate)。

零空氣產生器主要規格

以下規格表是許多零空氣產生器的規格表之一，可以提供各位前輩參考；我們將主要以解釋說明提供零空氣產生器氣源的無油式空壓機系統作為舖陳說明的資料。

一般零空氣產生器有區分為需要外部提供潔淨乾燥壓縮空氣 (Clean Dry Air) 的機型，以及內置空壓機系統的機型兩類；通常會依據客戶是否有移動需求來選擇是否採用內置空壓機系統的零空氣產生器，如果沒有需要經常性移動提供給不同地點的氣相層析分析儀使用，我們會建議採用沒有內置空壓機系統的零空氣產生器。

以下我們將提供各位前輩選用零空氣產生器時的幾個選項問題：

  1. 是否需要採用內置空壓機系統機型 ? 由於空壓機需要良好的環境與散熱，一般內置空壓機多採用商用型空壓機機型，後續使用穩定性以及維護保養的難度也必須考慮。
  2. 採用外部潔淨乾燥壓縮空氣源的空氣品質要求 ? 例如 : 上述規格表需求是ISO 8573-1 Class 1.5.1.。
  3. 供應的精密儀器設備需求的零空氣流量 (ml/min) 與 操作壓力 (MPa或KPa) 是多少 (通常採用實心管柱分離管會比中空常毛細管分離管設計的機型耗氣量高出數倍) ? 分析儀台數有多少台 ?
  4. 零空氣純度需求或要求是多少 % (碳氫化合物含量要求需要多少 p.p.m. 以下) ?

GC 氣相層析分析的系統樣貌

Zero Air 零空氣產生器在GC的應用可以參考下列解決方案示意圖。

ISO8573-1 Class 1.5.1空氣品質的系統配置

ISO8573-1 Class X.X.X是國際標準組織定義的空壓機系統壓縮空氣品質規範，以上述Class 1.5.1 提供如何配置空壓機系統乾燥過濾的參考；也就是說在固態顆粒部分需要配置過濾精度0.01µm的精密過濾器，以及採用取得國際無油認證的無油式空壓機，或者是後端採用活性碳過濾器 或者是 活性碳槽 吸附油氣。至於壓縮空氣的乾燥程度在進入零空氣產生器之前則需要乾燥至壓力露點P.D.P. 攝氏7℃ (含) 以下。

科研實驗室GoOneAir Solution

未來服務工業以22kW (含) 以下的空氣與氣體整體解決方案為主要服務範疇，產品供應範疇如下所列示。

科研實驗室GoUseAir Service

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岩田SLH系列_實驗室無油渦卷空壓機

日本岩田為滿足科研實驗室客戶空間與運轉靜音的需求，推出相對於標準帶桶型無油往復式更加靜音節能的SLH無油渦卷式空壓機系列 ( 請參考下列 SLH系列規格表)。運轉噪音值分別為 58 dB(A)、59 dB(A) 以及 68 dB(A)。

通常科研實驗室因為座落於寸土寸金的育成中心 或者 科技園區內，空間利用率相當重要；日本岩田無油式空壓機採用兩類解決方案對應：

  1. SLP-D系列與CFP-D系列：岩田無油渦卷式與無油往復式空壓機採用靜音型，並於隔音罩內部內置空氣桶與內置乾燥機的空壓站概念設計，頂多是依據用氣工況多一個外置空氣桶及過濾裝置即可，是最節省空間的方案 (請參考上圖)。
  2. SLH系列與TFP系列：岩田無油渦卷式與無油往復式空壓機也有採用標準開放型，但是將機體馬達模組安放在相對較大容量的空氣桶 (無油渦卷式空壓機全系列採用70L容量空氣桶) 上，再依據需要配置水滴過濾器、乾燥機及過濾裝置即可，這是次佳的節省空間方案 (請參考下圖)。

岩田帶桶型SLH無油渦卷式與TFP無油往復式空壓機比較

我們採取同樣都是日本岩田品牌、同樣都是無油式空壓機而且同樣馬力數 (三馬力與五馬力兩個機型) 來做比較：

以下的說明我們將不重複上面比較圖表的內容，而是以兩者的特性差異再來進行說明，讓大家獲取更多的資訊情報，然後可以有更深一層的認識：

  1. 岩田TFP無油往復式空壓機機體為雙段壓縮設計 (請參考上面雙段壓縮與單段壓縮的示意圖)，拉近了與岩田SLH無油渦卷式空壓機單段壓縮的能效差距；也就是說兩者的能效差距不大。
  2. 兩者均具備機體壓縮腔體內密封耗材磨耗自動補償間隙，以確保持續節能的岩田獨有專利設計 (請參考下方兩圖 : 第一張為無油往復式，第二張為無油渦卷式)。
  3. 無油往復式空壓機壓力調降的時候風量會增加變大；而無油渦卷式空壓機壓力調降的時候風量只有微幅增大，但是能源消耗 (耗電) 會降低變少。

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實驗室空壓機系統產品服務化供應範圍與類型

壓縮空氣系統是十分耗能的產品系統，尤其有油式空壓機採用的工業化學潤滑油對於冷凝水油水排放汙染與釋放在作業環境大氣中的空氣汙染更是一項負面因素，不過市場上80% 以上多是有油式空壓機的市場。儘管有油式空壓機以及乾燥過濾品牌推廣者宣稱透過多到精密過濾能夠規劃成無油系統，但是如何時時監控確效、高昂的濾材消耗成本，甚至因為系統失效進入整個製程造成汙染的機會成本讓人無法承受卻也是不爭的事實 (影片係客戶端油乳化排出的冷凝油水，一不留意就可能進入製程或研究儀器設備容易造成精密裝置故障或儀器精度受影響)。

產品系統服務範疇

未來服務工業 (股) 公司在空壓機系統方面基於環保愛地球理念，並不提供有油式空壓機的相關業務與服務；也盡力推廣分散式空壓機系統配置，因此未來服務工業 (股) 公司只提供30馬力 (含) 以下無油式空壓機系統。

Easy Rent Air易租服務方案 與 GoUseAir長期租用服務方案主要產品系統服務供應範圍主要係以 空氣流量1,000L/min (含) 以下的正壓空氣 (含增壓) 、負壓空氣以及氮氣與零空氣氣體 機器設備為主，但是 Utility Buy Out 租購方案與直接買斷方案則最高可以到達40HP機型也涵蓋在內，包括：

  1. 日本岩田無油渦卷式空壓機系列–一馬力SLP07EE(D) 至 三十馬力SLPS-220E系列無油渦卷式空壓機 (流量範圍64L/min.~2,520L/min. @ Max. 8.0 bar)；其中又有標準型與內置乾燥機加值型兩系列 (噪音值 41dB(A) ~ 59 dB(A))。
  2. 日本岩田無油往復靜音型空壓機系列–半馬力CWP07、一馬力CFP07CF 至 十五馬力CFP110CF系列無油往復靜音型空壓機 (流量範圍70L/min.~1,140L/min. @ Max. 8.5 bar)；其中又有標準型與內置乾燥機加值型兩系列 (噪音值 52dB(A) ~ 62 dB(A))。
  3. 日本岩田無油往復式空壓機系列–1/4馬力TWP04與1/2馬力TWP07、一馬力TFP07B 至 十五馬力TFP110B系列無油往復靜音型空壓機 (流量範圍25L/min.~1,200L/min. @ Max. 10.0 bar) (噪音值 58 dB(A) ~ 82 dB(A))。
  4. 日本岩田無由式增壓機系列–包括：EFBS 標準型無油式增壓機 (1/2~1.0馬力；310L/min. ~ 430L/min. @ 8.0 ~ 9.5 bar) 、EFBS 標準型無油式增壓機 (2.0馬力；600L/min. @ 8.5 ~ 10.0 bar) 以及 CFBS靜音型無油式增壓機 (5.0~7.5馬力；1,080L/min. ~ 1,750L/min. @ 12.0 ~ 14.0 bar) 、CFBS靜音型無油式增壓機 (10馬力；2,000L/min. 18.0 ~ 20.0 bar) 、CFBS靜音型無油式增壓機 (15馬力；4,260L/min. 8.0 ~ 10.0 bar) 。
  5. 日本岩田無油式真空泵浦系列–包括：低真空的FIT無油往復式真空泵 (22L / 37L / 64L / 93 L/min. @ -87kPa ~ -92kPa 四款；噪音58dB(A)) 。乾式無油渦卷式真空泵系列包括：ISP 中度真空 (1~20Pa) 系列 60L ~ 1,200L /min.、DVSL中低度真空 (30~100Pa)系列 120L ~ 1,026L/min. 以及GVS低度真空 (500~750Pa) 系列 255L ~ 1,031L/min. (也非常歡迎諮詢高度真空排氣系統方案)。
  6. 英國Chromalytic克洛瑪麗緹氮氣產生器系列–包括：氮氣產生站HF30A (節能設計) 與 HF30P (純度95.0% ~ 99.5%；氮氣流量17L ~ 32L/min. @ 7 bar) 以及 氮氣產生器HF30N (純度95.0% ~ 99.5%；氮氣流量17L ~ 32L/min. @ 7 bar；CDA入氣需求 > 80L/min.) 與 HF60N (純度95.0% ~ 99.5%；氮氣流量34L ~ 64L/min. @ 7 bar；CDA入氣需求 > 160L/min.)。更高純度99.9995% 與 碳氫化合物 < 0.05ppm 氮氣產生器 (1L/min. 或 2L /min. @ 7 bar) 請洽詢 未來服務工業 人員 02-29002797 / 0937-847981 交流!
  7. 英國Chromalytic克洛瑪麗緹零級氣體產生器系列–包括：零級氣體產生器ZA4 (碳氫化合物 < 0.05ppm；氣體流量4L/min. @ 6 bar) 以及 零級氣體產生器ZA2 (碳氫化合物 < 0.05ppm；氣體流量2L/min. @ 6 bar) 。歡迎洽詢 未來服務工業 人員 02-29002797 / 0937-847981 交流!

科研實驗室One Air解決方案

未來服務工業Rental Air Service類型

EasyRentAir易租服務方案

GoUseAir長期租用服務方案(下圖左)

UtilityBuyOut租購服務方案(上圖右)

應用實績

EasyRentAir易租服務

GoUseAir長期租用服務方案

UtilityBuyOut租購服務方案

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岩田無油式空壓機 (站) 在科研實驗室應用

實驗室和工廠並不一定設有單獨的壓縮機房。如果是安裝在工作場所緊鄰處，就需要噪音極低的緊湊機型。日本岩田無油渦卷式空壓機SLP系列正是適合的解決方案，該系列空壓機最低運轉噪音可以達到41dB(A)，而且振動小。內置乾燥器的一馬力無油渦卷式空壓機採用緊湊型結構設計，可以直接安放在實驗室工作檯下面。裝有腳輪以及單相110V電源也可以在其他工作場所輕鬆使用。

需要潔淨乾燥壓縮空氣的場合多種多樣，內置膜管式乾燥器安裝在隔音主機隔音罩內部。並可以外置設計安裝精密過濾器與活性碳過濾氣來實現過濾精度為0.01µm且壓縮空氣含油量0.003mg/m3。

未來服務工業(股)公司規劃符合實驗室需求ISO 8573-1的壓縮空氣品質標準，應對較為嚴苛環境要求的科研實驗室應用。

日本岩田無油式空壓機平台有三個種類的產品方案 (請參考下圖岩田無油式空壓機產品方案平台)，包括：標準型無油往復式空壓機、靜音型無油往復式空壓機以及無油渦卷式空壓機三個種類。

其中靜音型無油往復式空壓機CFP-D系列與無油渦卷式空壓機SLP-D系列為能夠更接近使用現場，除了運轉噪音低減成為全球最低噪音的領導之外，內置乾燥機的機型更是考慮科研實驗室與科技廠辦空間需求的強度所設計出來的

四大特點對應科研實驗室需求

對於在科研實驗室工作的科學家、研究助理及工程師而言，健康愉快的作業環境對於人員以及實驗動物都有相當的影響也非常重要。無油氣逸散以及低運轉噪音的工作環境，是讓在實驗室工作的人員保持健康的心情與低汙染健康的條件；對於實驗動物方面來看，環境噪音超過53分貝以上是容易讓實驗動物不安與煩躁，體內化學賀爾蒙容易產生變化進而影響動物福利與實驗結果。

世界最低運轉噪音41dB(A)

ISO8573-1 Class 0 百分之百國際無油認證與節能大賞

特殊材料科學設計以及自動補償磨損間隙專利，讓日本岩田無油渦卷式空壓機 (下圖) 以及 無油往復式空壓機 (下下圖) 或得日本省能源大賞機器獎賞!

機體全球最長壽命

日本岩田無油渦卷式空壓機機體是全世界機體壽命最長中小型無油式空壓機機體，無油往復式空壓機也是世界領導的高長壽命機體!

立式設計節省每坪數十萬元空間

岩田無油式空壓機在科研實驗室應用

科學器皿乾燥與清潔

無塵室實驗機器設備氣動閥或氣壓缸驅動

冷卻實驗設備生物晶片 (CDA接觸晶片)

高科技試量產實驗產線

整合生醫製藥實驗室氮氣系統On-Site供氣

流變儀、分光鏡或細微性測量儀等分析儀器用壓縮空氣

無油壓縮空氣也用於光譜分析法。採用日本岩田的無油式空氣壓縮機 (站) ，可以為分析儀器傳動電機的空氣軸承提供了極高品質的潔淨乾燥壓縮空氣。

實驗室氣相色譜GC分析用壓縮空氣

實驗室氣體發生器用壓縮空氣

科研實驗室中有許多氣體的需求，一般會採用氣體鋼瓶來應對，但是如果用氣量需求較大且擔心人員進出頻率汙染實驗室場所，則會規畫設計On-Site氮氣產生系統 或者是 零空氣產生器…等來支持作業。包括 : LC-MS/MS 或是 GC-MS…等精密分析儀器都需要高純度的氮氣或者是零空氣提供給相關儀器使用，潔淨乾燥的壓縮空氣源變成是必要的Utility!

生技製藥實驗室中壓縮空氣的其他應用領域

其他應用包括：自動進樣器、血液測試、CO2、DSC、COT分析、劑量、ELSD檢測器、LCMS、食品分析、細微性測量、流變儀、光譜分析：AA、NMR、FT-IR…等等。

真空爐用壓縮空氣

科研實驗室使用特殊加熱爐來製造假體。真空爐用於快速而溫和地乾燥對溫度敏感的材料。對於這種嚴苛要求的應用，日本岩田無油渦卷式真空泵浦可提供最適宜的空氣源。

光學防震桌

小馬力的TWP與CWP微型無油式空壓機可以提供靜音且可靠的壓縮空氣源，讓各種放置精密儀器確保平衡穩定的光學防震桌正常運作。

三次元量測儀

大學研究室或實驗室應用

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採用無油式空壓站還是壓縮空氣鋼瓶?

許多科研實驗室以及生醫製藥產線設備使用壓縮空氣的流量一開始並沒有多到有集中供氣的空壓機系統機房，而這樣的潔淨乾燥壓縮空氣流量需求往往會選用空氣鋼瓶來應對；例如：有些生醫製藥設備僅需要100~200L/小時提供做為頂住氣壓缸使之靜止不作動的功用，因此可能會採用每支1,500~2,000元新台幣的40L的壓縮空氣鋼瓶。

選擇這樣的空氣鋼瓶方案往往會面臨幾個情況：

  1. 每個月需要幾次鋼瓶更換的頻率；許多高潔淨無塵室的廠房或實驗室往往擔心環境汙染的問題。
  2. 由於鋼瓶補充的時效性往往沒有很及時，也容易造成需要多備用鋼瓶，否則也很容易造成應用現場因為斷氣或者壓力不足而停止進度。
  3. 頻繁更換鋼瓶也表示使用壓縮空氣氣源的需求量帶動成本增加，而到了評估是否建置On-Site CDA 潔淨乾燥空壓機系統的疑問。

評估壓縮空氣的需求規範

實驗室建置前評估

通常在科研實驗室前會針對整個主要核心實驗流程與可能實驗操作決定精密儀器與設備種類數量，並且依據流程與空間需求進行實驗室空間與動線配置；而針對需求的儀器與設備是否需要壓縮空氣以及需要的壓縮空氣品質、流量、操作壓力、使用工況進行紀錄確認，於是會整理出乙份 URS (User Requirement Specification) 壓縮空氣需求清單 (範例)：

分析出上述的資料後可以發現壓縮空氣需求的操作壓力類別與壓縮空氣品質類別，接下來就可以再依據區域決定：

  1. 採用集中供氣配置、分散供氣配置或者混合型配置 (請參考上圖)。
  2. 不同需求壓力差異是否超過總需求%很多 (例如 : > 25%)，是否採用低壓化的集中供氣配置再區域局部增壓，或者建置高低壓系統 (請參考上圖下半部)。
  3. 壓縮空氣品質需求差異如果很大，可以採取局部提升壓縮空氣品質的解決方案(請參考下圖; 資料來源 Parker 公司)。

實驗室建置後更換方案

如果一開始就選用壓縮空氣鋼瓶的方案，除非是該區域有新增耗氣設備，否則應該用氣量屬於不大的情境，應該可以直接評估繼續採用鋼瓶較經濟且可以接受成本以外的因素；又或者是採用On-Site的潔淨乾燥空壓機系統建置。

由於空壓機系統需要吸入冷空氣，但是會排放冷凝水，因此通常我們不會考慮將空壓機系統建置在潔淨區域內；而如果能夠進一步滿足盡量不佔實驗室緊迫的空間，岩田無油渦卷式空壓機與靜音無油往復式空壓機 內置乾燥機 (器) 的空壓站機型是極佳的選擇方案。

岩田無油式空壓站機型 ( 壓力露點P.D.P. < 15℃ )：

無油渦卷式空壓機 (空壓站型) 包括 : SLP07EED (一馬力)、SLP22EFD (三馬力)。

無油渦卷式空壓機 (空壓站型) 包括 : CFP07C-8.5D (一馬力)、CFP22CF-8.5D (三馬力)。

壓縮空氣鋼瓶與On-Site無油式空壓站

如果每個月採用的壓縮空氣鋼瓶數量計算每支鋼瓶單價得到當月採購成本 (更仔細一點也應該評估等待補充的機會成本以及更換鋼瓶的內部成本) 後，可以直接與建置On-Site無油式空壓站比較；未來服務工業 針對 On-Site無油式空壓機建置 提供兩種方案：GoUseAir長期租用服務方案 以及 直接買斷服務方案。

GoUseAir租用服務方案

未來服務工業針對科研實驗室空壓機系統與氮氣產生機系統 提供 GoUseAir以租代購服務方案，GoUseAir長期租用服務的月租金費率涵蓋維護保養費用，也就是說使用者僅需每季支付租金，後續的巡檢保養與耗材更換都不需要再額外付費。

因此，評估的時候只需要將特定期間內採用鋼瓶方案的成本費用以及GoUseAir以租代購服務方案租金費用就能夠知道經濟面的差異；當然，由於日本岩田無油式空壓站十分穩定可靠，使用者不用擔心人員經常進出造成潔淨區域的汙染。

買斷服務模式

未來服務工業當然也提供一般銷售與售後服務模式，如果單純考慮經濟成本面的因素，企業通常考慮的投資回收年限為≦5年；當然，有些成本是屬於隱形的機會成本，例如 : 汙染或者是氣源供應等待的停止作業成本。

類似的方法也可以應用在 On-Site 氮氣產生器系統建置與氮氣鋼瓶的方案上的評估；唯一要考慮的是搭配的壓縮空氣品質要求的程度，因為會受到採用的氮氣產生器方案入口CDA的壓力要求與空氣品質規範而需要做評估。未來服務工業同樣提供英國Chromalytic氮氣產生器方案，包括 : 內置無油式空壓機系統的氮氣產生站 (請參考下圖)。

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