複製鏈接
請複製以下鏈接發送給好友

液氮

鎖定
液氮是指惰性、無色、無嗅、無腐蝕性、不可燃的氮氣在温度極低的環境下而得到的液體。液氮是惰性,無色,無味,低粘度,無腐蝕性,不可燃,温度極低的透明液體,汽化時大量吸熱接觸造成凍傷。氮氣構成了大氣的大部分(體積比78.03 %,重量比75.5 %)。在常壓下,氮的沸點為-196.56 ℃,1立方米的液氮可以膨脹至696立方米的純氣態氮(21 ℃)。如果加壓,可以在更高的温度下得到液氮。人體若在無保護措施的情況下接觸液氮,皮膚可能會被嚴重凍傷。如在常壓下汽化產生的氮氣過量,可能會使空氣中氧分壓下降,引起缺氧窒息。
中文名
液氮
外文名
Liquid nitrogen
化學式
N2
分子量
28.01
CAS登錄號
7727-37-9
EINECS登錄號
231-784-9
熔    點
-210 ℃
沸    點
-195.79 ℃
水溶性
微溶於水
密    度
0.81 g/cm³
外    觀
無色透明液體
應    用
快速冷凍和運輸食品、冷凍麻醉、物質保護劑、合成氨、制硝酸等
安全性描述
S38
危險性符號
R20/21
危險性描述
R20/21
UN危險貨物編號
1977
CN危險貨物編號
22006
飽和蒸氣壓
1026.42kPa (-173 ℃)
臨界壓力
3.4 Mpa

液氮存儲與防護

操作注意事項:密閉操作,提供良好的自然通風條件。操作人員必須經過專門培訓,嚴格遵守操作規程。液態氮在常壓時的温度非常低,一旦與物體表面接觸將迅速地沸騰,同時也會迅速帶走大量的熱能。因此,使用液氮時須額外注意,避免與皮膚的直接接觸。裝填時應穿戴護具,如防凍手套。切忌使用棉質手套,棉質手套會藉由毛細現象吸附大量的液氮導致手套結凍。搬運時輕裝輕卸,防止鋼瓶及附件破損。配備泄漏應急處理設備。
儲存注意事項:儲存於陰涼、通風的庫房。庫温不宜超過30 ℃。儲區應備有泄漏應急處理設備。
工程控制:密閉操作,提供良好的自然通風條件。
呼吸系統防護:一般不需特殊防護。但當作業場所空氣中氧氣濃度低於18%時,必須佩戴空氣呼吸器、氧氣呼吸器或長管面具。
眼睛防護:戴安全防護面罩。
身體防護:穿防寒服。
手防護:戴防寒手套。
其他防護:避免高濃度吸入、防止凍傷。

液氮危險性

液態氮在常温環境下會迅速揮發為氮氣,由液態轉而成為氣態。同一時間,體積將快速膨脹,在非壓力式之密閉容器中儲存可能會導致氣爆。若為非正壓式儲存桶,切勿將液態氮常温儲存於密封容器中。
氮氣屬於非活性物質,若在密閉空間內使用液氮,由液氮所汽化出的氮氣將會填滿整個空間,慢慢地取代掉空氣中的氧氣,使氧濃度降低從而令人窒息,故必須在開放式的空間中使用液態氮。

液氮應急措施

液氮急救措施

皮膚接觸:脱掉所有限制凍傷部位血液循環的衣服。不要揉搓凍結部分,以免引起肌肉組織受傷。將受傷部位放在38~42 ℃的温水中復温,並立即請醫生治療。凍傷肌肉組織是無痛的,且呈現臘黃色。當它開始解凍時,皮膚會感覺腫脹,有疼痛感,並且容易感染。如果身體凍傷部分已解凍,須用乾燥無菌布蓋上,並用一大塊保護性外罩裹好等待醫療處理。對於大面積凍傷,先脱掉衣服,然後用温水沖洗,並請醫生治療。
吸入:迅速脱離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難,給輸氧。如呼吸停止,立即進行人工呼吸。就醫。
消防措施
危險特性:若遇高熱,容器內壓增大,有開裂和爆炸的危險。
有害燃燒產物:本品不燃。
滅火方法:本品不燃。用霧狀水保持火場中容器冷卻。可用霧狀水噴淋加速液氮蒸發,但不可使水槍射至液氮。

液氮應急處理

應急處理:迅速撤離泄漏污染區人員至上風處,並進行隔離,嚴格限制出入。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿防寒服。不要直接接觸泄漏物。儘可能切斷泄漏源。用排風機將漏出氣送至空曠處。漏氣容器要妥善處理,修復、檢驗後再用。

液氮液氮外泄處理方法

吸入氮氣濃度不太高時,患者最初感胸悶、氣短、疲軟無力;繼而有煩躁不安、極度興奮、亂跑、叫喊、神情恍惚、步態不穩,稱之為“氮酩酊”,可進入昏睡或昏迷狀態。吸入高濃度,患者可迅速昏迷、因呼吸和心跳停止而死亡。
1.迅速撤離泄漏污染區人員至上風處,並設置隔離區域,嚴格限制出入。
2.通知消防及相關單位。
3.應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿防寒服,戴防寒手套。
4.避免泄漏液體流入地下室或其他密閉有人工作空間,如無法避免應立即通知相關部門。
5.不要直接接觸泄漏物。
6.儘可能切斷泄漏源。
7.可用霧狀水噴淋加速液體蒸發,但不可使水槍射至液體。
8.防止氣體在低凹處積聚,用排風機將漏出氣送至空曠處。
9.禁止人員在低窪或下風區停留。

液氮用途

液氮工業用途

工業生產中,用壓縮液體空氣分餾的方法獲得液氮,可以用於作為深度製冷劑,由於其化學惰性,可以直接和生物組織接觸,立即冷凍而不會破壞生物活性,因此可以用於 [1] 
(1)迅速冷凍和運輸食品,或製作冰品。
(2)進行低温物理學的研究。
(3)在科學教育中演示低温狀態。在常温下柔軟的物體在液氮中浸泡一下,就會脆如玻璃。
(4)提供高温超導體顯示超導性所需的温度,例如釔鋇銅氧
(5)可作製冷劑,用來迅速冷凍生物組織,防止組織被破壞。
(6)用於工業制氮肥
(7)用於化學檢測,如BET比表面積測試法

液氮生物及醫學用途

(1)除滅紅火蟻。
(2)在外科手術中可以用迅速冷凍的方法幫助止血和去除皮膚表面的淺層需要割除的部位。
(3)保存活體組織,生物樣品以及精子卵子的儲存。
(4)可作製冷劑,用來迅速冷凍生物組織,防止組織被破壞。

液氮食物保鮮

在冷凍過程中,冰晶的形成會造成產品的品質下降,食物通過最大冰晶生成帶的時間越短,生成的冰晶越小,對食品的損害越小。液氮在常壓下的沸點是-195.8 ℃。液[FZ1] 氮速凍技術利用液氮超低温吸熱的特性,將液氮與食品接觸,以200 K以上的温差進行強烈熱交換,凍結速度極快,降温速率達 7~15 K/min [2] 
由於液氮在短時間內低温冷凍,在食品內部形成細小且分佈均勻的冰晶,對細胞損傷小,解凍後汁液流失少,能保持食品的營養、口感和原有風味。與此同時,液氮蒸發為氮氣取代了空氣,可在凍結過程中降低氧氣濃度,減小食品呼吸與養化。當液氮與形狀不規則的食物接觸時,可以使傳熱阻力最小化 [3] 

液氮冷凍治療

液氮冷凍治療是近代治療學領域中的一門新技術。液氮冷凍治療是一種冷凍生物學的綜合效應 [4]  。正常細胞在極度冷凍的狀態下,會發生不可逆轉的損害。它就是通過極度冷凍的狀態下,將病區細胞迅速殺死,使得病區得到正常的恢復。一般用來治療瘊子雞眼以及皮膚病等 [5] 
冷凍手術還用以治療乳腺癌。以色列醫療公司IceCure於2012年開發出一種利用冷凍療法治療乳腺癌的最新技術,用液氮將乳腺癌細胞冷凍並且殺死,該公司正在對其進行臨牀試驗。如果試驗成功,今後乳腺癌患者就能夠在不接受外科手術的情況下,將體內腫瘤“切除” [6] 

液氮過冷液氮冷卻系統

液氮的温度低於其飽和壓力對應的飽和温度時即轉變成過冷液氮,且温度越低冷卻效果越佳。基於被冷卻對象要求和液氮性質設計的過冷液氮冷卻系統( subcooled liquid nitrogen cooling system,SLNCS)具有壓力穩定、流量可控和連續運行等優點,已被廣泛應用於低温永磁波盪器、超導電纜、高温超導電機等領域,低温永磁波盪器磁鐵材料冷卻至液氮温區可獲得更高的峯值場強和抗輻射退磁能力,超導電纜在液氮温區能進入超導狀態,電阻消失,幾乎可實現無損失輸電 [7]  ,高温超導電機內超導材料在低温下可表現出獨特性質,有助於提高電機工作效率和穩定性 [8] 
參考資料
  • 1.    陳紹橋. 液氮在食品速凍中的應用[J]. 食品與藥品, 2002(11):36-37.
  • 2.    餘世鋒.液氮速凍技術在食品中應用的研究進展[J].食品工業,2013,34(1):150-153
  • 3.    李偉,李保國,朱珩等.液氮速凍技術在食品中的應用[J].食品與發酵科技,2019,55(01):66-70.
  • 4.    姚碩齡, 霍文信, 梁增義. 液氮冷凍治療肝癌的實驗研究與臨牀應用[C]// 全國外科學術會議. 2007.
  • 5.    周茂恆. 液氮冷凍治療在皮膚科的應用[J]. 中華皮膚科雜誌, 1991(6):428-430.
  • 6.    張潔, 華澤釗. 液氮在低温生物醫學和食品冷凍冷藏中的應用[J]. 深冷技術, 2000(1):46-49.
  • 7.    唐雨晴,喻志廣,朱紹偉. 高温超導電纜冷卻系統現狀與發展[J]. 低温與超導,2019,47( 1) :1 - 8
  • 8.    葛天宇. 高温無刷雙饋超導電機過冷液氮降温冷卻過程研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業大學,2013.