PID光離子氣體測量原理【資料運(yùn)用】

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1、 PID光離子氣體測量原理 ????摘要:在石油、石化、化工、制藥等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域， 大量存在著揮發(fā)性有機(jī)化合物（ Volatile Organic Compounds ， 簡稱VOC）。? 在石油、石化、化工、制藥等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域， 大量存在著揮發(fā)性有機(jī)化合物（ Volatile Organic Compounds ， 簡稱VOC）。按照美國環(huán)保局（EPA）的定義：全部帶碳的化合物都稱為有機(jī)化合物，而揮發(fā)性有機(jī)化合物是指沸點(diǎn)在50～260℃、室溫下飽和蒸汽壓超過133.32Pa 的易揮發(fā)性化合物，其主要成分為烴類、氧烴類、含鹵烴類、氮烴及硫烴類等。 在工業(yè)領(lǐng)域很多危險(xiǎn)

2、隱患的根源是有害物質(zhì)超標(biāo)，而這些危險(xiǎn)有害物質(zhì)絕大部分都是VOC，在易燃易爆物料生產(chǎn)運(yùn)輸管理、化工物料泄漏、熱交換流體、工業(yè)衛(wèi)生、室內(nèi)空氣質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)、密閉空間迚入、應(yīng)急事故檢測中，對VOC 的檢測具有非常重要的作用。 VOC 成分組成非常復(fù)雜，在工業(yè)現(xiàn)場往往也是各種不同氣體混合存在，無法像常規(guī)的電化學(xué)傳感器那樣針對每種揮發(fā)性有機(jī)氣體進(jìn)行檢測，因此需要能對于揮發(fā)性有機(jī)化合物總量進(jìn)行精確測定的儀器。 什么是PID? 光離子化報(bào)警器可以檢測10ppb(parts billion)到10000ppm(parts per million)的VOC和其他有毒氣體。PID是一個(gè)高度靈敏、適用范圍

3、廣泛的檢測器，PID可以看成一個(gè)“低濃度LEL檢測器”。如果將有毒氣體和蒸氣看成是一條大江的話，即使你游入大江，LEL檢測器可能還沒有反應(yīng)，而PID則在你剛剛濕腳的時(shí)候就已經(jīng)告訴了你。 PID傳感器的優(yōu)點(diǎn)? 1） 精度高 高精度的光離子化傳感器可以檢測到ppb級(jí)別（十億分之一）的有機(jī)氣體，一般的光離子化氣體傳感器可以檢測到ppm級(jí)(百萬分之一)的有機(jī)氣體，精度超過紅外傳感器等大多數(shù)常用傳感器； 2） 對檢測氣體無破壞性 光離子傳感器在將氣體吸入后將其電離，而氣體分子形成的離子在放電后又形成了原先的氣體分子，對原氣體分子無破壞性。 3）響應(yīng)速度快、壽命長 除了在氣體檢測系統(tǒng)在開

4、機(jī)后預(yù)熱的一段時(shí)間，在正常工作狀態(tài)下，光離子氣體傳感器幾乎可以實(shí)時(shí)做出反應(yīng)，可以連續(xù)測試。在這檢測危險(xiǎn)氣體時(shí)，對保障檢測人員健康有重要意義。 一般一支紫外燈的壽命在數(shù)千小時(shí)，光離子傳感器在此期間均可正常工作，有很長的使用壽命。 4） 應(yīng)用范圍廣 光離子傳感器對大多數(shù)有機(jī)和部分無機(jī)氣體均可檢測，可以廣泛應(yīng)用于化工、運(yùn)輸、軍事、航天等領(lǐng)域。由于光離子化氣體傳感器對于檢測物的濃度變化特別敏感，在初始個(gè)人防護(hù)確認(rèn)、泄露區(qū)域確認(rèn)、清除污染等方面有重要作用。 PID檢測儀的工作原理 PID 使用了一個(gè)紫外燈（UV）光源將有機(jī)物分子電離成可被檢測器檢測到的正負(fù)離子（離子化）。檢測器捕捉到離子化

5、了的氣體的正負(fù)電荷幵將其轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)氣體濃度的測量。當(dāng)待測氣體吸收高能量的紫外光時(shí)，氣體分子受紫外光的激發(fā)暫時(shí)失去電子成為帶正電荷的離子。氣體離子在檢測器的電極上被檢測后，很快會(huì)電子結(jié)合重新組成原來的氣體和蒸汽分子。PID 是一種非破壞性檢測器，它不會(huì)改變待測氣體分子，經(jīng)過PID 檢測的氣體仍可被收集做進(jìn)一步的測定。 紫外燈的選擇 光離子化傳感器上可以使用的紫外燈（UV）有9.8eV、10.6eV、11.7eV3種。其中11.7eV的UV燈由于所發(fā)出的光的電離能（IP）最高，故PID檢測范圍最寬。但是所有11.7eV的紫外燈都是用氟化鋰材料作為高能紫外線輸出窗口。氟化鋰晶體材料在

6、燈管玻璃上的封裝是相當(dāng)困難的。當(dāng)它不使用時(shí)在空氣中氟化鋰晶體材料會(huì)吸收水分，導(dǎo)致窗口漲大，削弱了通過它的紫外線的強(qiáng)度。氟化鋰晶體材料也會(huì)因?yàn)閁V的照射而逐漸老化，導(dǎo)致整個(gè)儀器損壞。這些因素共同作用導(dǎo)致了11.7eV燈壽命的縮短。一個(gè)10.6eV、的紫外燈可持續(xù)使用12-24個(gè)月，而一個(gè)11.7eV的燈只能持續(xù)使用2-6個(gè)月。同時(shí)11.7eV的紫外燈的造價(jià)進(jìn)進(jìn)高于9.8eV和10.6eV，進(jìn)一步降低了其實(shí)用性。 11.7eV的紫外燈一般只有當(dāng)化合物（二氯甲烷，四氯化碳）的電離電位超過10.6eV時(shí)才使用。同時(shí)，9.8和10.6eV具有很多11.7eV的紫外燈不具有的特點(diǎn)： 9.8和10.6eV的

7、PID有更強(qiáng)的針對特性：低電離能意味著能檢測到較少的化學(xué)物質(zhì)。 9.8和10.6eV的PID持續(xù)使用不少于一年：它的使用壽命和一氧化碳傳感器相當(dāng)。 9.8和10.6eV的PID更加靈敏，11.7eV的燈靈敏度較低，主要是出于它的窗口材料氟化鋰晶體對11.7eV的紫外光有阻礙作用。出射光能量的降低使得被測物質(zhì)難以充分電離，因此，要求11.7eV的PID高精度地檢測出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)是很難實(shí)現(xiàn)的。 基于上述原因，應(yīng)該選擇10.6eV的紫外燈作為PID光源。 PID 檢測儀的標(biāo)定? 氣體檢測儀的標(biāo)定是建立在對于一個(gè)已知濃度的已知?dú)怏w相應(yīng)的離子電流的基礎(chǔ)上。其它氣體的儀器響應(yīng)是和它們本身的性質(zhì)

8、有關(guān)的，一個(gè)10ppm 的讀數(shù)表明儀器產(chǎn)生了一個(gè)與10ppm 標(biāo)定氣體相同的離子電流。其它氣體得到這個(gè)讀數(shù)的實(shí)際濃度可能多于也可能少于這個(gè)值。 由于PID 讀數(shù)總是和標(biāo)定氣體有關(guān)，因此這個(gè)讀數(shù)應(yīng)當(dāng)表述為標(biāo)定氣體相關(guān)的ppm 單位，而不能直接使用實(shí)際的測量濃度值，除非檢測的污染物同標(biāo)定氣體一樣，或者儀器的讀數(shù)已經(jīng)得到校正。 通常PID 使用異丁烯進(jìn)行標(biāo)定，原因是在PID 可檢測的VOC 中，傳感器對于異丁烯的響應(yīng)靈敏度處于平均水平，比較容易獲得，在低濃度時(shí)無毒、不易燃。 PID 校正系數(shù) 由于揮發(fā)性有機(jī)化合物種類繁多，使用PID 檢測儀測量VOC 時(shí)，除了進(jìn)行總量（TVOC）以外，還

9、可以測量某種特定的氣體，這時(shí)就需要使用校正系數(shù)(CF，或稱為響應(yīng)系數(shù))。它用在當(dāng)以一種標(biāo)準(zhǔn)氣體（一般使用異丁烯）校正PID 后，通過CF 直接計(jì)算得到另一種氣體的濃度，這樣一次標(biāo)定可以測定多種氣體。 校正系數(shù)也代表了某種特點(diǎn)氣體測量的靈敏度，CF 值越低，該種氣體或蒸汽被PID 檢測的靈敏度就越高。以10.6 eV 燈的PID 為例，苯對異丁烯的CF 值是0.53，它的檢測靈敏度大概是CF 為9.9 的乙烯的18倍。通常情況下，PID 可以很好地測定CF為10 以下的各種物質(zhì)，而CF 越大，對該氣體的檢測精度越差。 如何選擇PID 檢測儀? 用戶在選擇PID 檢測儀時(shí)，應(yīng)按照以下步驟

10、進(jìn)行判斷： 1.判斷氣體是否可以用PID檢測 PID 主要用于揮發(fā)性有機(jī)化合物的檢測，主要包括： ● 芳香類：含有苯環(huán)的系列化合物，比如：苯、甲苯、乙苯、二甲苯等； ● 酮類和醛類：含有C=O 鍵的化合物。比如：丙酮、丁酮(MEK)、甲醛、乙醛等； ● 胺類和氨基化合物：含N的碳?xì)浠衔铩１热纾憾野返龋? ● 鹵代烴類：如三氯乙烯(TCE)、全氯乙烯(PCE)等； ● 含硫有機(jī)物：甲硫醇、硫化物等； ● 不飽和烴類：丁二烯、異丁烯等； ● 飽和烴類：丁烷、辛烷等； ● 醇類：異丙醇(IPA)、乙醇等。 6 除了上述有機(jī)物，PID 還可以測量一些不含碳的無機(jī)化合物氣體，如：

11、 ● 氨； ● 半導(dǎo)體氣體：砷化氫（砷烷）、磷化氫（磷烷）等； ● 硫化氫； ● 氮氧化物； ● 溴和碘。 PID檢測儀不能測量的物質(zhì)包括： ●放射性物質(zhì)； ● 空氣(包括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)； ● 其它，如氟力昂氣體，臭氧，雙氧水，等等； ● 非揮發(fā)性物質(zhì)：如聚合物、油脂等。 2. 利用校正系數(shù)判斷是否可以檢測 ● 首先，查看被測氣體的IP 是否低于PID燈的輸出能量低（可以被電離），否則無法檢測。 ● 對于可以電離的氣體，查看該氣體的CF值，如果小于10，可以選擇PID?檢測儀很好地檢測，如果大于10，說明PID 檢測儀可以被用來作為粗略的檢測手段。 4 cknr0