一、工作原理
实验室氮气发生器主要有三种工作原理，分别是电化学制氮、膜分离制氮和PSA变压吸附制氮。
1、电化学制氮
电化学制氮是利用恒定电位电解法，通过微孔膜（如石棉膜）作为两电极的分隔板，多孔气体扩散型氧电极为阴极，镍网为阳极，并在电极间加上电压≤1.5V的直流电。空气中的氧气在电解过程中被吸收，从而获得氮气。这种方法可以产出高99.995%的氮气，但存在一些明显的缺陷。首先，需要使用高浓度氢氧化钾溶液作为电解液，这种强碱溶液与气体直接接触，可能影响气体质量，并有随气路输出的风险。其次，单位成本高，不适合做大流量氮气发生器。反应过程只去除了空气中的氧气，其他杂质气体并未涉及，且对电解池制作技术要求很高，不合适的电解池制作技术会造成氮气纯度数量级的降低。
2、膜分离制氮
膜分离制氮是利用不同气体在膜中的溶解度和扩散系数的差异，实现气体分离。当混合气体通过高分子膜时，渗透速率相对较快的气体（如水、氧、二氧化碳等）透过膜后在膜渗透侧被富集，而渗透速率相对较慢的气体（如氮气、一氧化碳、氩气等）则在滞留侧被富集，从而实现氮气的富集。这种方法的产品气纯度可达99.99%，气体流量可达5000ml/min，并且可以累加使用，不影响产品质量。膜分离制氮的优点是流量大、寿命长（膜组件在空气源稳定的情况下，寿命可达10年）且维护成本极低。缺点是氮气纯度不能达到高纯级，且膜组件目前均为进口，成本较高，仪器价格也相对较高。
3、PSA变压吸附制氮
PSA变压吸附制氮是利用氮气与其他气体分子在碳分子筛中的吸附差异，形成浓度差异的积累。空气经过压缩净化后，进入带有CMS（碳分子筛）的吸附塔，在此过程中氧气分子被吸附在碳分子筛表面，氮气从吸附塔上端流出，进入氮气缓冲罐。两个吸附塔交替进行吸附和再生，保证氮气的连续输出。这种方法可以生产99.999%的氮气产品，流量可从几百毫升到几十升到几立方每分钟，纯度大小配置灵活。但其技术难点主要是分子筛柱填装技术。
二、类型
根据分类方法的不同，实验室氮气发生器可以分为深冷空分法、分子筛空分法和膜空分法。深冷空分法主要用于大规模工业制氮，而实验室常用的主要是分子筛空分法和膜空分法，即PSA变压吸附制氮和膜分离制氮。
三、应用领域
实验室氮气发生器在实验室中的应用非常广泛，涵盖了生化和生物医学研究、材料科学和工程、制药和化妆品工业以及实验室分析与测试等多个领域。
1、细胞培养
氮气在细胞培养过程中起着重要作用，通过提供无氧或低氧环境，有利于细胞的生长和繁殖。
2、蛋白质纯化
在蛋白质纯化过程中，氮气用于保持环境的干燥和无氧状态，以防止蛋白质的氧化和降解。
3、基因测序与DNA分析
氮气用于基因测序和DNA分析实验中的气氛控制，确保实验的准确性和可靠性。
4、遗传工程
在遗传工程领域，氮气也用于保护实验材料，防止其在操作过程中被氧化或污染。
5、材料合成与纳米材料制备
氮气在惰性气氛下用于材料合成和纳米材料制备，以防止材料在反应过程中被氧化或污染。
6、电镀与氮化
在电镀和氮化等工艺中，氮气作为保护气体，确保工艺过程的顺利进行和产品的质量。
7、灭菌
氮气在制药和化妆品生产过程中用于灭菌，通过排除包装内的氧气，延长产品的保质期。
8、人造气氛保护
在制造过程中，氮气用于创建特定的人造气氛，以保护产品免受外界环境的影响。
9、溶剂挥发
在某些制药和化妆品生产过程中，氮气用于促进溶剂的挥发，加速生产进程。
10、色谱分析与质谱分析
氮气是气相色谱仪和质谱分析仪等分析仪器中常用的载气或辅助气体，用于样品的分离和分析，帮助维持仪器的稳定运行和提高分析精度。
