气体检测的新技术 ——PID光离子化检测器VOC检测仪

现代有机化工、石油炼制等工业的发展为人类提供了越来越多的**材料、**产品，但同时也带来了越来越多的有毒有害物质。除了在工业生产中常见的无机气体(如一氧化碳、硫化氢、氮氧化物等)外，毒性更大、危害更大的有机物质也开始引起人们的广泛注意。另外，长时间工作在有机物质(蒸汽、挥发物)的环境中，会对人身造成终生的危害。还有，各类应急事故发生时，迅速确认泄漏点、确认污染范围、确认事故发展趋势都是进行事故处理的首要条件。因此，对有机化合物进行现场低浓度、连续的监测，应当成为各级安全、消防、劳卫、环境等部门保护人身健康、设备安全的必要手段。

目前，现场监测有机化合物的仪器有很多(如检测管、便携式光离子化检测器、便携式气相色谱仪、便携式色质联机等)，但就现场有机物检测来讲，VOC检测仪无疑是一种简单、方便、快速的现场实用仪器。

一、PID技术描述

PID是英文Photo Ionization Detector的简称，即光离子化检测器。

一般情况下，气相色谱在用色谱柱分离混合化合物后，都要经过检测器才能确认各种化合物的种类和数量。光离子化检测器便是气相色谱检测器的一种，并且是一种**的离子检测仪器。它是通过离子化的方法将待测化合物转变为容易被电子仪器检测到的离子流，它的离子源是具有特别能量的紫外灯。

二、PID的工作原理

PID使用一个紫外灯(UV)光源将有机物“击碎”成可被检测器检测到的正负离子(离子化)，所形成的分子碎片和电子由于分别带有正负电荷，从而在两个电极之间产生电流。检测器将电流放大并显示出“ppm”浓度值。在被检测后，离子重新复合成为原来的气体。

PID是一种非破坏性检测器，它不会“燃烧”或永远性改变待测气体，这样一来，经过PID检测的气体仍可被收集作进一步的测定。

三、离子化电位

所有的元素和化合物都可以被离子化，但在所需能量上有所不同，而这种可以替代元素中的一个电子将化合物离子化的能量称之为“电离电位”(IP)，它以电子伏特(eV)为计量单位。由UV灯发出的能量也以eV为单位。

如果待测气体的IP低于灯的输出能量，那么这种气体就可以被离子化。

苯的IP是9.25eV，它可以被标准配置的PID(配10.6eV)所检测到。氯甲烷的IP是11.32eV，它只能被11.7eV的PID检测到。一氧化碳的IP是14.01eV，它就不可能被PID离子化。我们可以从各类化学手册和资料中查到各类物质的IP值。

四、PID能测量的物质

大量的可以被PID检测的是含碳的有机化合物。包括:

芳香类:含有苯环的系列化合物(如苯、甲苯、萘等)。

酮类和醛类:含有C=O键的化合物(如丙酮、甲基己基酮(MEK)、乙醛等)。

氨和胺类:含N的碳氢化合物(如二己胺等)。

卤代烃类:如三氯乙烯(TCE)、全氯乙烯(PERC)等。

硫化物类。

不饱和烃类:如丁二烯、异丁烯等。

醇类:如异丙醇(IPA)、乙烷等。

饱和烃:除了有机物，PID还可以测量一些不含碳的无机气体。

氨。

半导体气体:如砷、磷化氢等。

硫化氢。

一氧化氮。

溴和碘类等。

五、PID检测原理VOC检测仪不能检测到的物质

放射性物质、空气(N2、O2、CO2、H2O)、常见毒气(CO、HCN、SO2)、天然气(甲烷、乙烷等)、酸性气体(HCl、HF、HNO3)、氟里昂气体、臭氧、非挥发性气体等。

六、选择性和灵敏度

PID是一种非常和灵敏的检测器。然而，VOC检测仪不是一种具有选择性的检测仪器，它区分不同化合物的能力比较差。

七、校正系数

校正系数(CF，也称为响应系数)是使用PID时需特别注意的一个参数。它代表了用PID测量特定气体的灵敏度。它用在当以一种气体校正PID后，通过CF直接得到另一种气体的浓度，从而减少了准备很多种标气的麻烦。

1.CF代表了测量的灵敏度

CF值越低，该种气体的灵敏度就越高。甲苯的CF值是0.5，氨的CF值是9.7，可见PID对甲苯的检测灵敏度约为CF为9.7的氨的19倍(9.7/0.5=19.4)。

2.如何使用校正系数CF

(1)当物质的暴露极限<10-5且CF<1.0时，PID是十分灵敏的用于个人安全的测量工具。

(2)如果物质的暴露极限>10-5且CF<10时，PID是十分灵敏的用于个人安全的测量工具。

(3)如果物质的CF>10，则只有当它有很高的暴露极限值时，PID才仍然可以作为合适的大面积的测漏检测工具。有些PID制造厂家将CF表印刷成页而有些直接将信息存入PID的微处理器中。如V×500 PID的微处理器中就存储和应用了超过100组的修正系数。

3.CF举例

(1)甲苯

①如果仪器用异丁烯标定，对甲苯的读数是10-4

②如果仪器用甲苯标定，同一环境中，测得的甲苯浓度是5×10-5

③0.5CF×10-4异丁烯=5×10-5甲苯

(2)氨气

①如果仪器用异丁烯标定，对氨气的读数是10-4

②如果仪器用氨气标定，同一环境中，测得的氨气浓度是9.7×10-4

③9.7CF×10-4异丁烯=9.7×10-4氨气

八、PID不能使用TYGON(软管)采样管

TYGON采样管会很快地吸附一些化合物蒸气，所以PID不能使用这种采样管。因为使用TYGON吸附性较强，从而影响PID的读数，然而TYGON通常出现在密闭空间检测中作为远距离采样管。只有特氟龙管可以和PID结合使用，它在采样过程中不会与通过的气体发生反应或吸附这些气体。每次采样后，只要用无水甲醇(PID灯清洗试剂)清洗一下即可。

九、什么时候需要清洗PID

PID灯需要经常清洗。

1.需清洗PID的情况

(1)校零后读数缓慢上升。

(2)PID对湿气有反应。

(3)移动PID产生读数。

2.如何清洗

(1)使用随机提供的清洗工具包。

(2)旋开灯室螺盖，用力拉住灯管后面的塑料接头，将灯拉出。按照说明书的内容仔细擦拭表面。

(3)将灯安回灯室，旋好螺盖。

3.干燥PID

(1)在空气中彻夜干燥。

(2)温暖(不要热的)空气可以加快干燥速度。

十、VOC检测仪的特点

通过以上介绍，可以大致总结出VOC检测仪的特点:

1.连续灵敏测量

VOC检测仪可以检测到低至10-6浓度(百万分之一)的有机物的存在。这对于其在现代的石油化工、劳动卫生、环境等监测中应用均具有很大的优势。

2.快速

VOC检测仪的反应一般小于3s，适合快速应急需要。

3.便携测量

VOC检测仪体积小巧、重量轻，可携带至任何需要检测的地点。强力吸气泵可以吸取人员不便到达地点的气体。

4.安全可靠

无需氢气等危险载气，安全可靠。

5.适应性广

这包括两个方面的内容:一是它可以检测绝大多数的有机物；二是它所测量的浓度范围较宽，由10-5一直到5×10-3，仪器均可以以10-5的准确度加以测量。

6.非破坏性测量

由于VOC检测仪仅是使有机物电离，所以有机组分在离开检测器后会重新复合。因此，可以利用PID的强力吸气泵进行采样袋操作，对测量样品作进一步的分析。

7.不会被被测物质损坏

同大多数其他检测器或传感器不同，PID检测器不会被高浓度的被测物质损坏(中毒)。它的恢复时间同其反应时间一样，仅为3s，因此，它可以随时对实时浓度进行测量。

8.只对有机物反应

VOC检测仪对常见气体(如O2、CO、Cl2、CH4等)没有反应，因此，它在复杂环境中具有一定的指向性，即只对有机化合物反应。