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窒素および施設設置型のガス発生装置

ご存じない方もいらっしゃるかもしれませんが、窒素は他の要素や化学物質とはあまり反応しない不活性ガスです。窒素は地球の大気の約78%を占める非常に豊富な元素です。つまり、人間は毎日、他のどの要素よりも多くの窒素を吸っているということです。

原子番号7の窒素は、スコットランドの化学者、ダニエル・ラザフォード(Daniel Rutherford)によって1772年に発見されました。空気から酸素と二酸化炭素を分離し、残りのガスが生物または燃焼をサポートすることができないことをラザフォードが証明したことが、窒素の発見となりました。

この発見以来、窒素ガスは様々な重要な機能に利用されてきました。窒素は不活性であることから、食品包装、火災の予防対策、ステンレス鋼の製造、ワインの瓶詰め、化学分析、そして特にLC-MS(液体クロマトグラフィー質量分析法)とGC(ガスクロマトグラフィー)など、酸化が望ましくない産業において重要な保護の役割を果たしています。

N2

クロマトグラフィーは物質の分離として定義されます。GCやLC-MSを用いる多くのラボが窒素を使用しています。これは、窒素が不活性で安く入手でき、そして圧縮空気から生成することができるためです。窒素が分析物と反応しない不活性ガスであることが、ガス状窒素がGCと質量分析に非常に向いている理由です。しかし、GCアプリケーションの場合、最適速度が比較的低いため、ヘリウムと水素と比較すると可視化が不良となります。それにもかかわらず、GCにキャリアガスを供給する手段として窒素の可能性を認めるラボがますます増加しています。これは特定のアプリケーションとGCの使用に適しているという傾向がありますが、そうした特定の目的においては窒素は非常に魅力的な手段です。

窒素ガス発生装置に関する詳細    

ラボにおける窒素の利用

過去数十年にわたって、窒素はラボの分析に利用されてきました。従来的には、ラボは最寄りの窒素工場にガスボンベやガスボトルを注文して配達してもらうことで、窒素ガスを入手しなければなりませんでした。近くに窒素工場がないラボも存在したでしょう。こうしたガスボンベやガスボトルにより、クロマトグラフィー装置、またはGCの場合はおそらく検出器にガスを供給して、初めてラボが分析を実施することができるようになります。

しかし、ほとんどの質量分析装置では、大量のガスが消費されます。つまり、ガスボンベやガスボトルでは、特にLC-MSを使用した場合は数日で容量がすべて消費されてしまうのです。そのため、分析作業が定期的に中断され、分析を継続するためにはそのたびにガスボンベやガスボトルを取り換えなければなりません。しかも、ガスボンベやガスボトルの場合、容量が残り少なくなると、ボンベの空間に汚染物質が侵入する可能性があります。そうなると汚染物質と窒素が混合するため、純度に一貫性がなくなります。それがサンプルと反応することで、純度の低さにより分析の整合性に影響が出ます。

この窒素ボンベの優れた代替手段となるのが、施設設置型の窒素発生装置です。窒素ガス発生装置により、ボンベ取り換えの手間が省けるだけでなく、一貫して純度の高いガスを継続的に供給することができます。圧力スイング吸着(PSA)と膜分離窒素という2つの技術のいずれかにより、この一貫性が実現されます。

Peak Scientific on-site gas generators

発生装置 

また、施設設置型のガス発生装置は、ガスボンベよりも安全性の高いソリューションです。ラボや施設内で、スタッフが重いボンベを持ち運ぶ必要がありません。施設設置型の窒素ガス発生装置を利用することで、ガスボンベを注文する管理上の負担(購買発注書を作成し、配達を申し込む手間)を削減することができます。また、窒素の市場価格は需給と供給により変動するため、その月ごとに異なる料金や配達料を支払う必要がなくなります。さらに、環境上のメリットももたらされます。連続的なガスの配達だけでなく、窒素工場におけるガスの生産には膨大な量のエネルギーが消費されるのです。

ラボの窒素ガス供給を取り巻く状況は、施設設置型のガス発生装置であるN2発生装置の導入により近代化されました。数千に上る世界中のラボが、LC-MSとGCアプリケーションにガスを供給する手段として、このより効率的な装置に切り替えています。バルク供給されるガスの状況が不確実であることから、未だに従来的な供給手段を利用しているラボは効率が低下し、競争力を失う可能性があります。したがって、近い将来、自社のラボを更新する手段を検討することをお勧めします。

ガス発生装置に関する詳細     

References:

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

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

3. http://periodic.lanl.gov/7.shtml

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

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

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