نیتروژن مایع ، (به انگلیسی : Liquid nitrogen) حالت مایع عنصر نیتروژن میباشد. نیتروژن مایع، بی رنگ، بی بو (بسیار شبیه به آب) با دمایی نزدیک ۱۹۶ درجه زیر صفر بوده و از تقطیر جزء به جزء هوای مایع به دست می‌آید. تقطیر جزء به جزء، یکی از انواع تقطیر برای جداسازی اجزای یک مخلوط میباشد که در این جا اجزاء از طریق حرارت و گرما، به ترتیب به نقاط جوش شان می‌رسند. نیتروژن مایع به صورت‌های LIN، LN۲ و LN نشان داده میشود.
- نیتروژن مایع یک سیال سرمازا میباشد که در تماس با بافت زنده موجب یخ زدگی و سرمازدگی آن بافت میشود.
- در فشار جو، نیتروژن مایع در ۷۷ کلوین که برابر با ۱۹۶- درجه سلسیوس و ۳۲۱- درجه فارنهایت است، به جوش می‌آید.
- نیتروژن ، بی اثر است و به فرایند احتراق هیچ گونه کمکی نمی‌کند. اما وقتی به دمای بالا برسد مثلاً بر اثر رعد و برق یا درون اگزوز خودرو ها میتواند با اکسیژن ترکیب شده و به نیتروژن مونوکسید تبدیل شود.
نیتروژن مایع
طی چند سال اخیر با پیشرفت علوم مربوط به سلول های بنیادی و سایر کاربردهای پزشکی، استفاده از نیتروژن مایع (LN2) یا ازت مایع به سرعت گسترش پیدا کرده است. اما متاسفانه عدم آگاهی و آشنایی با استفاده از این ماده، تعداد حوادث جدی و جراحات زیادی را به همراه داشته است. این حوادث نه تنها در حین استفاده، بلکه در هنگام حمل و نقل و نگهداری نیز رخ داده است.
کاربردهای نیتروژن مایع
بخشی از مهمترین مصارف نیتروژن مایع می توان به وارد زیر اشاره کرد :
برای منجمد کردن و حمل مواد غذایی , به عنوان یک مایع خنک کننده در بسیاری از صنایع و تولیدات ، در سرما درمانی برای از بین بردن ضایعات پوستی ناخوشایند , برای ذخیره سازی سلول دردمای پایین برای کارهای آزمایشگاهی . برای حفظ نمونه های بافتی از جراحی ها ی انجام شده برای مطالعات آینده . محافظ مواد درقبال قرار گرفتن در معرض اکسیژن . در دوربین های نجومی . پایین آوردن درجه حرارات ابر رسانا ها و سیستم های غول پیکرکه به درجه حرارت بالا می رسند و …
کاربردهای دیگر نیتروژن مایع
- نیتروژن مایع برای فرآیندهای برودتی و سرمازایی مورداستفاده قرار می‌گیرد.
- به‌عنوان خنک کننده برای سخت‌افزار کامپیوتر(overclocking).
- جهت ذخیره، نگهداری و انتقال فرآورده‌های غذایی.
- در سرما درمانی برای برداشتن زخم‌های بدخیم پوست نظیر زگیل.
- ذخیره‌سازی سلول‌ها در دمای پایین برای کارهای تحقیقاتی
- در Cryophorus برای نشان دادن انجماد سریع در اثر تبخیر.
- به‌عنوان منبع نیتروژن پشتیبان در سیستم اطفای حریق در تکنولوژی هوای کم اکسیژن(Hypoxic Air).
- به‌عنوان منبع نیتروژن بسیار خشک.
- برای غوطه ورسازی، انجماد و انتقال مواد غذایی.
- برای نگهداری سرمایشی خون، سلول‌های تولید مثل نظیر اسپرم و تخمک و سایر نمونه‌های بیولوژیکی برای مطالعات آینده.
- به‌عنوان روشی برای منجمد کردن لوله‌های آب و نفت به منظور کار کردن در شرایطی که شیری برای مسدود کردن جریان سیال در ناحیه کاری نباشد که بنام ice plug معروف است.
- در فرایند promession به‌عنوان راهی برای دفع اجزای بدن مرده‌ها و یا برای نگهداری سرمایشی به امید احیا در آینده.
به‌عنوان خنک‌کننده در :
- دوربین‌های CCD در ستاره شناسی
- برای ابررساناهای دمای بالا
- برای تله‌های پمپ‌های خلأ و فرایندهای تبخیر کنترل‌شده در شیمی
- برای انقباض موقت اجزای مکانیکی در خلال نصب ماشین‌آلات و بهبود جفت شدن اتصالات
- برای شبیه‌سازی فضای زمینه در محفظه‌های خلأ در طول فرایند تست فضاپیماها
- به‌عنوان محیطی برای ذخیره‌سازی انرژی
- در شرایطی که نیتروژن مایع با نسبت ۱ به ۶۹۴ به گاز تبدیل شود، مقادیر زیادی نیرو تولید می‌کند.
- دمای بیش‌ازاندازه پایین نیتروژن مایع منجر به یخ‌زدگی شدید میشود.
کاربرد نیتروژن مایع در پزشکی
در حوزه پزشکی برای انجام طیف گسترده ای از آزمایش ها، از LN2 یا نیتروژن مایع استفاده می شود که متداول ترین آنها شامل آزمایشگاه های شیمی و فیزیک، فناوری نانو، طراحی تراشه های رایانه ای و تحقیقات تولید و کرایوتوب می باشد.
در حال حاضر از نیتروژن مایع در حوزه بهداشت و درمان برای مراقبت های بهداشتی مربوط به پوست، معالجه سرطان پوست و همچنین تحقیقات سلول های بنیادی استفاده فراوانی می شود.
ویژگی های ازت مایع
نیتروژن مایع یا ازت مایع که حالت مایع گاز نیتروژن خالص می باشد یکی از پرکاربردترین مایعات کرایوژنیک (مایعاتی که نقطه جوش کمتر ۱۵۰- درجه سانتی گراد یا ۲۳۸- درجه فارنهایت دارند) است که همواره به عنوان یک گازمایع باید در درجه حرارت بسیار کم نگهداری شود.
خطرات نیتروژن مایع
از آنجایی که ازت مایع، در دمای ۱۹۶- درجه سانتیگراد (۳۲۰- درجه فارنهایت) به جوش می آید، می تواند در هنگام کار خطرات بسیاری از جمله سوختگی شدید و به دلیل انجماد فوری، صدمات جدی تری را ایجاد نماید.
ازت مایع علاوه بر ایجاد خطرات فیزیولوژیکی فوق، خطرات جسمی بسیاری را نیز به همراه دارد.
به همین جهت لازم است تا مصرف کنندگان خطرات ناشی از استفاده این ماده را بشناسند و با رعایت نکات ایمنی، ضمن کنترل شرایط، با خیال راحت از این مواد شیمیایی آزمایشگاهی استفاده نمایند، چرا که کوچکترین اشتباه، می تواند به آسیبی جدی و حتی مرگ منجر شود که از خطرات استفاده از نیتروژن مایع می توان به موارد زیر اشاره کرد:
خطر فیزیولوژیکی
همانطور که در بالا نیز گفته شد، صدمات ناشی از استفاده نیتروژن مایع شامل خطرات فیزیولوژیکی و جسمی می شود که این خطرات خود به دو دسته اصلی تقسیم می شود:
- خطراتی که در اثر تماس مستقیم با ازت مایع باعث آسیب دیدن بافت می شود.
- خطراتی که می تواند باعث آسپیراسیون شود.
تماس مستقیم
باید توجه داشت که در هنگام استفاده از ازت مایع، این ماده می تواند با نشت تصادفی یا تماس با کرایوژن (خنک کننده) بسیار سرد، خیلی سریع بافت را منجمد کند و آن را از بین ببرد. به همین دلیل باید در هنگام استفاده از ازت مایع از تماس مستقیم با آن جلوگیری نمایید.
آسپیراسیون
با توجه به خصوصیات LN2 ، از دیگر خطرات ناشی از استفاده این ماده می توان به جابجایی اکسیژن و احتمال آسپیراسیون (اختلالی است که در صورت استنشاق ماده ای خارجی در داخل ریه و نای روی می دهد.) اشاره کرد، چرا که مقدار بسیار کمی از این مایع می تواند به حجم بسیار زیادی از گاز تبدیل شود.
ضمنا عدم تشخیص این گاز به دلیل خاصیت بی بو و بی رنگ، می تواند وضعیت را بسیار دشوار کند.
کنترل و پیشگیری
هر شخصی که از ازت مایع و دیگر مایعات کرایوژنیک استفاده می کند، باید ضمن شناخت از ویژگی های هر ماده، از روش های ایمن سازی نیز اطلاعات کافی داشته باشد. این روش ها شامل:
- شناخت خواص فیزیکی LN2 به عنوان یک مایع، جامد یا یک گاز
- شناخت مواد سازگار با LN2 (سازگار با دما و فشار)
- شناخت لوازم آزمایشگاهی ایمنی و حفاظتی مورد نیاز و آشنایی با نحوه استفاده از آنها
- شناخت تجهیزات مورد استفاده از جمله وسایل ایمنی
- آموزش اقدامات اضطراری از جمله کمک های اولیه و درمان
البته باید توجه شود که درک درست از این موضوع، می تواند از طریق آموزش مناسب صورت بگیرد.
نکته
در صورت استفاده از ازت مایع در مراکز و آزمایشگاه ها، لازم است اطمینان حاصل کنید که کلیه کارمندان برگه اطلاعات ایمنی را مطالعه کرده باشند و علاوه بر این بهتر است در زمان استفاده از نیتروژن مایع، روش های استاندارد عملکردی (SOP) را توسعه و دنبال نمایید.
نکات لازم جهت استفاده از نیتروژن مایع
- قبل از کار با ازت مایع، جواهرات و ساعت های فلزی را از دست و مچ خود جدا کنید. در صورت قرار گرفتن در معرض مایعات کرایوژنیک یا گازهای جوش آور، جواهرات می توانند به پوست منجمد شوند.
- استفاده از عینک ایمنی به منظور محافظت از چشمان خود در مواقع استفاده از ازت مایع یا نمونه هایی که اخیراً از دمای کرایوژن برداشته شده اند.
همچنین در صورت کار با موارد زیر، حتما باید از محافظ کامل صورت استفاده نمایید.
الف) هنگام ریختن کرایوژن ب) برای نقل و انتقال مواد خطرناک ج) در صورتی که مایع در یک ظرف باز قرار داشته باشد. (که به احتمال زیاد حباب ایجاد می کند.)
- استفاده از پیش بند کریوژن هنگام کار با نیتروژن مایع
- سعی کنید با پوشیدن پیراهن های آستین بلند، شلوار بلند (دامن)، روپوش آزمایشگاهی، کفش چرمی مناسب (بدون کفش ورزشی) و دستکش ها، از پوست خود در برابر خطرات احتمالی محافظت کنید.
ضمنا دستکش های مورد استفاده باید سبک، عایق و انعطاف پذیر باشند تا در صورت ریختن نیتروژن مایع، بتوان آنها را به سرعت تعویض کرد.
- هنگام پر کردن ظروف آزمایشگاهی دوجداره از ازت مایع، باید مواظب باشید تا بیش از حد مجاز پر نشوند.
- برای به حداقل رساندن دمای جوش و جلوگیری از پخش ازت مایع، آن را آهسته جابجا و منتقل کنید.
همچنین می توانید برای جابجایی، از جداکننده فاز یا قیف پر کننده مخصوص استفاده کنید. (قسمت بالای قیف باید برای جلوگیری از پاشیدن مایع، تا حدی بسیاری پوشانده شود)
ضمنا اگر مایع قابل ریختن نیست، از یک دستگاه برداشت مایعات کرایوژنیک برای انتقال استفاده کنید (حتماً تمام دستورالعمل های ارائه شده با دستگاه را رعایت کنید)
- برای ذخیره سازی کرایوژن از لوله های مخصوصی که برای این کار طراحی شده اند استفاده نمایید و هنگام ذوب کردن نیز آنها را در یک ظرف با دیواره سنگین یا پشت یک محافظ ایمنی قرار دهید.
- برای جابجایی ظروف حاوی کرایوژن، آن را با کمک هر دو دست و با فاصله از صورت و بدن خود حمل نمایید.
- اطمینان حاصل کنید که Dewars (بطری های دو جداره که برای نگهداری مواد مورد استفاده قرار می گیرند.) به درستی برچسب خورده باشند تا بطور اشتباه، کرایوژن های مختلف را با هم مخلوط نکنید.
- در صورت کار با ازت مایع یا کریوژن در یک فضای محدود و برای جلوگیری از آسپیراسیون از یک مانیتور اکسیژن در محیط کار استفاده نمایید.
چطور نیتروژن مایع را تولید کنیم ؟
تقریبا، نیتروژن مایع در مقیاس های بزرگ بوسیله فشرده سازی، سرمایش و منبسط کردن هوا تولید می شود. این فرآیند حرارت را از هوا می گیرد و می تواند تا زمانی که هوا مایع شود تکرار گردد. سپس گازهای متراکم از تقطیر جزء به جزء جداسازی می شوند.
شرایط نگهداری نیتروژن مایع
نیتروژن مایع باید در ظرفی که به طور کامل از هوای محیط ایزوله است، نگهداری شود. یکی از ظرف‌های متداولی که به این منظور مورد استفاده قرار می‌گیرد، تانک ازت است. از تانک ازت در مراکز تحقیقاتی، سرم سازی، مراکز ناباروری، داروسازی و آزمایشگاه‌های تحقیقاتی، درمانگاه‌ها و … جهت نگهداری LN2، استفاده میشود.
آیا نیتروژن مایع خاصیت انفجاری دارد ؟
خیلی از افراد با شنیدن نام نیتروژن احساس ترس و وحشت میکنند، حتی افرادی هستن که به دلیل ترس از انفجارحتی جرات نزدیک شدن به آن را ندارند. این افراد تا حدی حق دارند از این مساله نگران باشند ، چرا که نام نیتروژن آنها را به اشتباه انداخته و با هیدروژن یا اکسیژن مقایسه میکنند.
برخلاف گازهای هیدروژن و گازاکسیژن که قابلیت انفجارشدیدد دارند گازنیتروژن بی خطر بوده و انفجاری ندارد . البته بد نیست بدانیم نیتروژن ازعناصری است که معمولا در مواد انفجاری نظیر TNT (Tri Nitro Tolouene) کاربرد های زیادی دارد.
ضریب انبساط نیتروژن مایع در دمای عادی (۲۰ درجه سانتی گراد) نزدیک به ۷۰۰ میباشد و این بدان معنی میباشد که یک لیتر نیتروژن مایع در صورت تبخیر برابر با ۶۹۴ لیتر نیتروژن خواهد بود.
بدین منظور توصیه میشود از نیتروژن مایع در فضاهای بسته استفاده نشود، زیرا تبخیر حتی چند لیتر نیتروژن مایع باعث افزایش درصد نیتروژن هوا و در نتیجه کاهش اکسیژن خواهد شد که این امر میتواند موجب سردرد، بیهوشی و یا حتی مرگ گردد.
تماس با نیتروژن مایع نیز باعث سوختگی شدیدی شده که میتواند موجب از کار افتادن اعضا و یا حتی مرگ شود.