氣體檢測(cè)的新技術(shù) ——PID光離子化檢測(cè)器VOC檢測(cè)儀

現(xiàn)代有機(jī)化工、石油煉制等工業(yè)的發(fā)展為人類提供了越來(lái)越多的**材料、**產(chǎn)品，但同時(shí)也帶來(lái)了越來(lái)越多的有毒有害物質(zhì)。除了在工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的無(wú)機(jī)氣體(如一氧化碳、硫化氫、氮氧化物等)外，毒性更大、危害更大的有機(jī)物質(zhì)也開(kāi)始引起人們的廣泛注意。另外，長(zhǎng)時(shí)間工作在有機(jī)物質(zhì)(蒸汽、揮發(fā)物)的環(huán)境中，會(huì)對(duì)人身造成終生的危害。還有，各類應(yīng)急事故發(fā)生時(shí)，迅速確認(rèn)泄漏點(diǎn)、確認(rèn)污染范圍、確認(rèn)事故發(fā)展趨勢(shì)都是進(jìn)行事故處理的首要條件。因此，對(duì)有機(jī)化合物進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)低濃度、連續(xù)的監(jiān)測(cè)，應(yīng)當(dāng)成為各級(jí)安全、消防、勞衛(wèi)、環(huán)境等部門保護(hù)人身健康、設(shè)備安全的必要手段。

目前，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)有機(jī)化合物的儀器有很多(如檢測(cè)管、便攜式光離子化檢測(cè)器、便攜式氣相色譜儀、便攜式色質(zhì)聯(lián)機(jī)等)，但就現(xiàn)場(chǎng)有機(jī)物檢測(cè)來(lái)講，VOC檢測(cè)儀無(wú)疑是一種簡(jiǎn)單、方便、快速的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用儀器。

一、PID技術(shù)描述

PID是英文Photo Ionization Detector的簡(jiǎn)稱，即光離子化檢測(cè)器。

一般情況下，氣相色譜在用色譜柱分離混合化合物后，都要經(jīng)過(guò)檢測(cè)器才能確認(rèn)各種化合物的種類和數(shù)量。光離子化檢測(cè)器便是氣相色譜檢測(cè)器的一種，并且是一種**的離子檢測(cè)儀器。它是通過(guò)離子化的方法將待測(cè)化合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀妆浑娮觾x器檢測(cè)到的離子流，它的離子源是具有特別能量的紫外燈。

二、PID的工作原理

PID使用一個(gè)紫外燈(UV)光源將有機(jī)物“擊碎”成可被檢測(cè)器檢測(cè)到的正負(fù)離子(離子化)，所形成的分子碎片和電子由于分別帶有正負(fù)電荷，從而在兩個(gè)電極之間產(chǎn)生電流。檢測(cè)器將電流放大并顯示出“ppm”濃度值。在被檢測(cè)后，離子重新復(fù)合成為原來(lái)的氣體。

PID是一種非破壞性檢測(cè)器，它不會(huì)“燃燒”或永遠(yuǎn)性改變待測(cè)氣體，這樣一來(lái)，經(jīng)過(guò)PID檢測(cè)的氣體仍可被收集作進(jìn)一步的測(cè)定。

三、離子化電位

所有的元素和化合物都可以被離子化，但在所需能量上有所不同，而這種可以替代元素中的一個(gè)電子將化合物離子化的能量稱之為“電離電位”(IP)，它以電子伏特(eV)為計(jì)量單位。由UV燈發(fā)出的能量也以eV為單位。

如果待測(cè)氣體的IP低于燈的輸出能量，那么這種氣體就可以被離子化。

苯的IP是9.25eV，它可以被標(biāo)準(zhǔn)配置的PID(配10.6eV)所檢測(cè)到。氯甲烷的IP是11.32eV，它只能被11.7eV的PID檢測(cè)到。一氧化碳的IP是14.01eV，它就不可能被PID離子化。我們可以從各類化學(xué)手冊(cè)和資料中查到各類物質(zhì)的IP值。

四、PID能測(cè)量的物質(zhì)

大量的可以被PID檢測(cè)的是含碳的有機(jī)化合物。包括:

芳香類:含有苯環(huán)的系列化合物(如苯、甲苯、萘等)。

酮類和醛類:含有C=O鍵的化合物(如丙酮、甲基己基酮(MEK)、乙醛等)。

氨和胺類:含N的碳?xì)浠衔?如二己胺等)。

鹵代烴類:如三氯乙烯(TCE)、全氯乙烯(PERC)等。

硫化物類。

不飽和烴類:如丁二烯、異丁烯等。

醇類:如異丙醇(IPA)、乙烷等。

飽和烴:除了有機(jī)物，PID還可以測(cè)量一些不含碳的無(wú)機(jī)氣體。

氨。

半導(dǎo)體氣體:如砷、磷化氫等。

硫化氫。

一氧化氮。

溴和碘類等。

五、PID檢測(cè)原理VOC檢測(cè)儀不能檢測(cè)到的物質(zhì)

放射性物質(zhì)、空氣(N2、O2、CO2、H2O)、常見(jiàn)毒氣(CO、HCN、SO2)、天然氣(甲烷、乙烷等)、酸性氣體(HCl、HF、HNO3)、氟里昂氣體、臭氧、非揮發(fā)性氣體等。

六、選擇性和靈敏度

PID是一種非常和靈敏的檢測(cè)器。然而，VOC檢測(cè)儀不是一種具有選擇性的檢測(cè)儀器，它區(qū)分不同化合物的能力比較差。

七、校正系數(shù)

校正系數(shù)(CF，也稱為響應(yīng)系數(shù))是使用PID時(shí)需特別注意的一個(gè)參數(shù)。它代表了用PID測(cè)量特定氣體的靈敏度。它用在當(dāng)以一種氣體校正PID后，通過(guò)CF直接得到另一種氣體的濃度，從而減少了準(zhǔn)備很多種標(biāo)氣的麻煩。

1.CF代表了測(cè)量的靈敏度

CF值越低，該種氣體的靈敏度就越高。甲苯的CF值是0.5，氨的CF值是9.7，可見(jiàn)PID對(duì)甲苯的檢測(cè)靈敏度約為CF為9.7的氨的19倍(9.7/0.5=19.4)。

2.如何使用校正系數(shù)CF

(1)當(dāng)物質(zhì)的暴露極限<10-5且CF<1.0時(shí)，PID是十分靈敏的用于個(gè)人安全的測(cè)量工具。

(2)如果物質(zhì)的暴露極限>10-5且CF<10時(shí)，PID是十分靈敏的用于個(gè)人安全的測(cè)量工具。

(3)如果物質(zhì)的CF>10，則只有當(dāng)它有很高的暴露極限值時(shí)，PID才仍然可以作為合適的大面積的測(cè)漏檢測(cè)工具。有些PID制造廠家將CF表印刷成頁(yè)而有些直接將信息存入PID的微處理器中。如V×500 PID的微處理器中就存儲(chǔ)和應(yīng)用了超過(guò)100組的修正系數(shù)。

3.CF舉例

(1)甲苯

①如果儀器用異丁烯標(biāo)定，對(duì)甲苯的讀數(shù)是10-4

②如果儀器用甲苯標(biāo)定，同一環(huán)境中，測(cè)得的甲苯濃度是5×10-5

③0.5CF×10-4異丁烯=5×10-5甲苯

(2)氨氣

①如果儀器用異丁烯標(biāo)定，對(duì)氨氣的讀數(shù)是10-4

②如果儀器用氨氣標(biāo)定，同一環(huán)境中，測(cè)得的氨氣濃度是9.7×10-4

③9.7CF×10-4異丁烯=9.7×10-4氨氣

八、PID不能使用TYGON(軟管)采樣管

TYGON采樣管會(huì)很快地吸附一些化合物蒸氣，所以PID不能使用這種采樣管。因?yàn)槭褂肨YGON吸附性較強(qiáng)，從而影響PID的讀數(shù)，然而TYGON通常出現(xiàn)在密閉空間檢測(cè)中作為遠(yuǎn)距離采樣管。只有特氟龍管可以和PID結(jié)合使用，它在采樣過(guò)程中不會(huì)與通過(guò)的氣體發(fā)生反應(yīng)或吸附這些氣體。每次采樣后，只要用無(wú)水甲醇(PID燈清洗試劑)清洗一下即可。

九、什么時(shí)候需要清洗PID

PID燈需要經(jīng)常清洗。

1.需清洗PID的情況

(1)校零后讀數(shù)緩慢上升。

(2)PID對(duì)濕氣有反應(yīng)。

(3)移動(dòng)PID產(chǎn)生讀數(shù)。

2.如何清洗

(1)使用隨機(jī)提供的清洗工具包。

(2)旋開(kāi)燈室螺蓋，用力拉住燈管后面的塑料接頭，將燈拉出。按照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容仔細(xì)擦拭表面。

(3)將燈安回?zé)羰?，旋好螺蓋。

3.干燥PID

(1)在空氣中徹夜干燥。

(2)溫暖(不要熱的)空氣可以加快干燥速度。

十、VOC檢測(cè)儀的特點(diǎn)

通過(guò)以上介紹，可以大致總結(jié)出VOC檢測(cè)儀的特點(diǎn):

1.連續(xù)靈敏測(cè)量

VOC檢測(cè)儀可以檢測(cè)到低至10-6濃度(百萬(wàn)分之一)的有機(jī)物的存在。這對(duì)于其在現(xiàn)代的石油化工、勞動(dòng)衛(wèi)生、環(huán)境等監(jiān)測(cè)中應(yīng)用均具有很大的優(yōu)勢(shì)。

2.快速

VOC檢測(cè)儀的反應(yīng)一般小于3s，適合快速應(yīng)急需要。

3.便攜測(cè)量

VOC檢測(cè)儀體積小巧、重量輕，可攜帶至任何需要檢測(cè)的地點(diǎn)。強(qiáng)力吸氣泵可以吸取人員不便到達(dá)地點(diǎn)的氣體。

4.安全可靠

無(wú)需氫氣等危險(xiǎn)載氣，安全可靠。

5.適應(yīng)性廣

這包括兩個(gè)方面的內(nèi)容:一是它可以檢測(cè)絕大多數(shù)的有機(jī)物；二是它所測(cè)量的濃度范圍較寬，由10-5一直到5×10-3，儀器均可以以10-5的準(zhǔn)確度加以測(cè)量。

6.非破壞性測(cè)量

由于VOC檢測(cè)儀僅是使有機(jī)物電離，所以有機(jī)組分在離開(kāi)檢測(cè)器后會(huì)重新復(fù)合。因此，可以利用PID的強(qiáng)力吸氣泵進(jìn)行采樣袋操作，對(duì)測(cè)量樣品作進(jìn)一步的分析。

7.不會(huì)被被測(cè)物質(zhì)損壞

同大多數(shù)其他檢測(cè)器或傳感器不同，PID檢測(cè)器不會(huì)被高濃度的被測(cè)物質(zhì)損壞(中毒)。它的恢復(fù)時(shí)間同其反應(yīng)時(shí)間一樣，僅為3s，因此，它可以隨時(shí)對(duì)實(shí)時(shí)濃度進(jìn)行測(cè)量。

8.只對(duì)有機(jī)物反應(yīng)

VOC檢測(cè)儀對(duì)常見(jiàn)氣體(如O2、CO、Cl2、CH4等)沒(méi)有反應(yīng)，因此，它在復(fù)雜環(huán)境中具有一定的指向性，即只對(duì)有機(jī)化合物反應(yīng)。