氣體檢測的新技術 ——PID光離子化檢測器VOC檢測儀

現代有機化工、石油煉制等工業的發展為人類提供了越來越多的**材料、**產品，但同時也帶來了越來越多的有毒有害物質。除了在工業生產中常見的無機氣體(如一氧化碳、硫化氫、氮氧化物等)外，毒性更大、危害更大的有機物質也開始引起人們的廣泛注意。另外，長時間工作在有機物質(蒸汽、揮發物)的環境中，會對人身造成終生的危害。還有，各類應急事故發生時，迅速確認泄漏點、確認污染范圍、確認事故發展趨勢都是進行事故處理的首要條件。因此，對有機化合物進行現場低濃度、連續的監測，應當成為各級安全、消防、勞衛、環境等部門保護人身健康、設備安全的必要手段。

目前，現場監測有機化合物的儀器有很多(如檢測管、便攜式光離子化檢測器、便攜式氣相色譜儀、便攜式色質聯機等)，但就現場有機物檢測來講，VOC檢測儀無疑是一種簡單、方便、快速的現場實用儀器。

一、PID技術描述

PID是英文Photo Ionization Detector的簡稱，即光離子化檢測器。

一般情況下，氣相色譜在用色譜柱分離混合化合物后，都要經過檢測器才能確認各種化合物的種類和數量。光離子化檢測器便是氣相色譜檢測器的一種，并且是一種**的離子檢測儀器。它是通過離子化的方法將待測化合物轉變為容易被電子儀器檢測到的離子流，它的離子源是具有特別能量的紫外燈。

二、PID的工作原理

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

PID是一種非破壞性檢測器，它不會“燃燒”或永遠性改變待測氣體，這樣一來，經過PID檢測的氣體仍可被收集作進一步的測定。

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)為計量單位。由UV燈發出的能量也以eV為單位。

如果待測氣體的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，它可以被標準配置的PID(配10.6eV)所檢測到。氯甲烷的IP是11.32eV，它只能被11.7eV的PID檢測到。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手冊和資料中查到各類物質的IP值。

四、PID能測量的物質

大量的可以被PID檢測的是含碳的有機化合物。包括:

芳香類:含有苯環的系列化合物(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的碳氫化合物(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:除了有機物，PID還可以測量一些不含碳的無機氣體。

氨。

半導體氣體:如砷、磷化氫等。

硫化氫。

一氧化氮。

溴和碘類等。

五、PID檢測原理VOC檢測儀不能檢測到的物質

放射性物質、空氣(N2、O2、CO2、H2O)、常見毒氣(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、非揮發性氣體等。

六、選擇性和靈敏度

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

七、校正系數

校正系數(CF，也稱為響應系數)是使用PID時需特別注意的一個參數。它代表了用PID測量特定氣體的靈敏度。它用在當以一種氣體校正PID后，通過CF直接得到另一種氣體的濃度，從而減少了準備很多種標氣的麻煩。

1.CF代表了測量的靈敏度

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PID對甲苯的檢測靈敏度約為CF為9.7的氨的19倍(9.7/0.5=19.4)。

2.如何使用校正系數CF

(1)當物質的暴露極限<10-5且CF<1.0時，PID是十分靈敏的用于個人安全的測量工具。

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

(3)如果物質的CF>10，則只有當它有很高的暴露極限值時，PID才仍然可以作為合適的大面積的測漏檢測工具。有些PID制造廠家將CF表印刷成頁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和應用了超過100組的修正系數。

3.CF舉例

(1)甲苯

①如果儀器用異丁烯標定，對甲苯的讀數是10-4

②如果儀器用甲苯標定，同一環境中，測得的甲苯濃度是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定，對氨氣的讀數是10-4

②如果儀器用氨氣標定，同一環境中，測得的氨氣濃度是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。因為使用TYGON吸附性較強，從而影響PID的讀數，然而TYGON通常出現在密閉空間檢測中作為遠距離采樣管。只有特氟龍管可以和PID結合使用，它在采樣過程中不會與通過的氣體發生反應或吸附這些氣體。每次采樣后，只要用無水甲醇(PID燈清洗試劑)清洗一下即可。

九、什么時候需要清洗PID

PID燈需要經常清洗。

1.需清洗PID的情況

(1)校零后讀數緩慢上升。

(2)PID對濕氣有反應。

(3)移動PID產生讀數。

2.如何清洗

(1)使用隨機提供的清洗工具包。

(2)旋開燈室螺蓋，用力拉住燈管后面的塑料接頭，將燈拉出。按照說明書的內容仔細擦拭表面。

(3)將燈安回燈室，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檢測儀的特點

通過以上介紹，可以大致總結出VOC檢測儀的特點:

1.連續靈敏測量

VOC檢測儀可以檢測到低至10-6濃度(百萬分之一)的有機物的存在。這對于其在現代的石油化工、勞動衛生、環境等監測中應用均具有很大的優勢。

2.快速

VOC檢測儀的反應一般小于3s，適合快速應急需要。

3.便攜測量

VOC檢測儀體積小巧、重量輕，可攜帶至任何需要檢測的地點。強力吸氣泵可以吸取人員不便到達地點的氣體。

4.安全可靠

無需氫氣等危險載氣，安全可靠。

5.適應性廣

這包括兩個方面的內容:一是它可以檢測絕大多數的有機物；二是它所測量的濃度范圍較寬，由10-5一直到5×10-3，儀器均可以以10-5的準確度加以測量。

6.非破壞性測量

由于VOC檢測儀僅是使有機物電離，所以有機組分在離開檢測器后會重新復合。因此，可以利用PID的強力吸氣泵進行采樣袋操作，對測量樣品作進一步的分析。

7.不會被被測物質損壞

同大多數其他檢測器或傳感器不同，PID檢測器不會被高濃度的被測物質損壞(中毒)。它的恢復時間同其反應時間一樣，僅為3s，因此，它可以隨時對實時濃度進行測量。

8.只對有機物反應

VOC檢測儀對常見氣體(如O2、CO、Cl2、CH4等)沒有反應，因此，它在復雜環境中具有一定的指向性，即只對有機化合物反應。