Vollständige Heliumgas-Rückgewinnung für NMR
In der NMR-Spektroskopie werden supraleitende Magnete eingesetzt um sehr hohe magnetische Felder und somit hohe Resonanzfrequenzen im Bereich von 300 – 900 MHz zu erzeugen. Zur Kühlung der supraleitenden Magnete wird flüssiges Helium benötigt. Hierbei zeichnen sich die NMR-Spektrometer durch eine sehr eigene Abdampfcharakteristik aus.
Im Normalbetrieb ist der Heliumgasausstoß aufgrund von abdampfendem Helium minimal, während beim Nachfüllen des Dewars mit flüssigem Helium schlagartig große Mengen Helium verdampfen und damit verarbeitet werden müssen.
Ein industrieller Heliumverflüssiger hat Verflüssigungsraten von mindestens 50 Litern pro Stunde. Eine so hohe Verflüssigungsrate ist für die Abdampfcharakteristik von NMR-Systemen nicht geeignet. Somit wird der industrielle Heliumverflüssiger immer nur kurzzeitig betrieben, wodurch sich die Anschaffungskosten eines großen Verflüssigers nicht amortisieren lassen.
Wir bieten mit dem ATL160 einen Heliumverflüssiger an, der eine ideale Lösung für den Labormaßstab darstellt und in Kombination mit der Rückgewinnung über eine sogenannte Hochdruckanlage eine Ressourcen schonende Lösung für NMR-Labors bietet. Gleichzeitig sind die Anschaffungskosten deutlich geringer verglichen mit denen eines Industrieverflüssigers.
In der nebenstehenden Abbildung ist der schematische Aufbau der Hochdruckrückgewinnung zu sehen. Das Heliumgas wird von dem NMR (X) über Edelstahl- oder Kupferleitungen zu einem Druckregler (F) geleitet. Der Druckregler isoliert das NMR von möglichen Druckschwankungen, die im Rückgewinnungssystem auftreten können und sorgt damit für eine konstante Temperatur des Heliumbades. Von dort strömt das Heliumgas in einen Gasballon (E). Dieser dient als Puffervolumen und ist bei richtiger Dimensionierung in der Lage den großen Abdampf beim Heliumtransfer aufzufangen. Ist der Gasballon voll, beginnt der angeschlossene Kompressor (G) automatisch den Gasballon leer zu pumpen und komprimiert das Heliumgas auf bis zu 200 bar im Gaszylinder (grün). Das gewährleistet eine hohe Speicherkapazität der Anlage.
Eine Gasflasche kann ungefähr ein Äquivalent von 15 Litern flüssigem Helium speichern. Das so gespeicherte Heliumgas fließt nun über einen Gasreiniger (ATP30 (C)), der das Heliumgas von Sauerstoff- und Stickstoffverunreinigungen befreit, zu einem oder mehreren Heliumverflüssigern vom Typ ATL160.
Ein ATL160 verflüssigt abhängig vom Eingangsdruck mit einer Rate von bis zu 22 Litern pro Tag, was in etwa dem mittleren Heliumverbrauch eines typischen NMR-Labors mit mehreren Systemen entspricht.
Je nach Größe des NMR-Labors müssen Parameter wie Volumen und Anzahl der Gasballons, die Anzahl der Gasflaschen, sowie der Heliumverflüssiger angepasst werden. Bei genügend Platz ist eine (fast) beliebige Skalierung der Gesamtanlage möglich.
Momentan ist ein erstes Projekt an der Universität von Georgia in der Installationsphase.
Das NMR-Labor in Georgia besitzt fünf NMR-Systeme, eins davon mit 900 MHz und einem täglichen Heliumverbrauch von ca. 20 Litern. Die Rückgewinnungsleitungen sowie das Equipment zur Speicherung des Heliumgases (Hochdruckkompressor, Gasballon und Gaszylinder) sind bereits installiert und funktionsfähig.
Die Produktentwicklung erfolgte in Zusammenarbeit mit GWR, Universität Zaragoza und CSIC.
