Zusammensetzung der Luft
Luft besteht aus mehreren Gasen, die in unterschiedlichen Volumenanteilen vorliegen. Stickstoff macht mit etwa 78 % den größten Anteil aus, gefolgt von Sauerstoff mit rund 21 %. Argon, Kohlendioxid sowie Spuren von Edelgasen wie Neon, Helium, Krypton und Xenon sind ebenfalls enthalten. Die genaue Zusammensetzung ist entscheidend für industrielle Anwendungen, insbesondere in der Gasproduktion und -trennung
Stabile Isotope der Edelgase
Viele Gase bestehen aus mehreren Isotopen mit unterschiedlicher Massenzahl. Helium kommt beispielsweise in den Varianten He-3 und He-4 vor, wobei He-4 mit fast 100 % dominiert. Neon und Argon weisen ebenfalls eine isotopische Vielfalt auf, die für Anwendungen in der Spektroskopie, Kryotechnik und industriellen Trennverfahren von Bedeutung ist.
Stabile Isotope von Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff
Element | Massenzahl | relative Häufigkeit [%] |
---|---|---|
H | 1 | 99,9885 |
2* | 0,0115 | |
C | 12 | 98,93 |
13 | 1,07 | |
N | 14 | 99,632 |
15 | 0,368 | |
O | 16 | 99,757 |
17 | 0,038 | |
18 | 0,205 |
Industriegase bestehen aus unterschiedlichen stabilen Isotopen, die je nach Element in variierenden Anteilen vorkommen. Wasserstoff wird hauptsächlich als Protium (H-1) genutzt, während Deuterium (H-2) für spezielle Anwendungen wie Isotopenmarkierungen eingesetzt wird. Kohlenstoff, überwiegend als C-12 vorhanden, spielt eine Rolle in der Prozessanalytik. Stickstoff und Sauerstoff liegen in hoher Reinheit als N-14 und O-16 vor, wobei geringere Mengen ihrer schwereren Isotope für spezifische industrielle Anwendungen wie Spektroskopie und Gasanalysen genutzt werden. Die Isotopenzusammensetzung ist für die Herstellung und den Einsatz technischer Gase von Bedeutung, insbesondere in der Chemie- und Elektronikindustrie.
Beispiele für Reinheitsangaben
%-Angabe | Punktnotation | Summe der Verunreinigungen |
---|---|---|
> 99 | 2.0 | < 1 % |
> 99,99 | 4.0 | < 0,01 % < 100 ppm |
> 99,9995 | 5.5 | < 5 ppm |
> 99,99999 | 7.0 | < 100 ppb |
Die Reinheit technischer Gase wird durch Prozentwerte und die sogenannte Punktnotation angegeben, wobei die Anzahl der Neunen die Reinheitsstufe kennzeichnet. Gase mit 99 % Reinheit (2.0) enthalten maximal 1 % Verunreinigungen, während hochreine Gase mit 99,99999 % (7.0) weniger als 100 ppb an Fremdstoffen aufweisen. Diese Klassifizierung ist essenziell für Anwendungen, bei denen höchste Reinheit gefordert wird, wie in der Elektronikindustrie, der Lasertechnik oder bei Trägergasen in analytischen Verfahren. Die Reinheit beeinflusst maßgeblich die Qualität und Sicherheit bei der Nutzung von Industriegasen.
Übersicht Reinstgas-Generatoren
Generator-Typ | Arbeitsprinzip | Produkt | Einsatzgebiete |
---|---|---|---|
Null-Luft | Reinigung von Druckluft: Vorfiltration; beheizter Katalysator (Entfernung von KW); Kühlung; Partikelfiltration | Kohlenwasserstoff-arme ACHTUNG: Nicht äquiva- | Nullgas für GC- FID bzw. GC-PND |
TOC-Luft | Reinigung von Druckluft: Vorfiltration; beheizter Ka- KW); PSA-Stufe (Entfer- Kühlung; Partikelfiltration | Kohlenstoff-arme Luft zu Synthetischer Luft KW- | Nullgas für TOC- für FTIR-Spektro- |
N2 UHP („5.5“) | Reinigung von Druckluft: (Reduzierung des O2-An- | Stickstoff „hochrein“ ACHTUNG: Nicht äquiva- | Trägergas für GC; Spülgas für opti- |
N2 für LC-MS | Reinigung von Druckluft: (Reduzierung des O2-An- | Stickstoff 2.0 – 3.0 (je nach Eingangsdruck und Entnahmemenge) | Zerstäubergas für LC-MS-Kopplun- |
H2 UHP („7.0“) | Elektrolyse von Wasser: (in der Regel mit SPE- | Wasserstoff hochrein (7.0) ACHTUNG: Nicht äquiva- | Brenngas für GC-FID; Träger- |
Reinstgas-Generatoren ermöglichen die Vor-Ort-Erzeugung hochreiner Gase für analytische und industrielle Anwendungen. Null-Luft- und TOC-Luft-Generatoren reinigen Druckluft durch katalytische Prozesse und Filtration, um kohlenwasserstoffarme Luft für gaschromatografische Analysen (GC) und TOC-Messgeräte bereitzustellen. Stickstoffgeneratoren nutzen PSA- oder Membrantechnologien zur Reduktion des Sauerstoffgehalts und liefern hochreinen Stickstoff für GC-Trägergase oder Spektroskopieanwendungen. Wasserstoffgeneratoren basieren auf der Elektrolyse von Wasser und erzeugen hochreinen Wasserstoff (bis 7.0), der als Brenngas oder Trägergas in der Gaschromatographie (GC-FID) verwendet wird. Die Wahl des geeigneten Generators richtet sich nach Reinheitsanforderungen und spezifischen Anwendungsbereichen.