什么是PID光離子化傳感器？

光離子傳感器（PID）是一種利用高能量紫外光將檢測物從分子狀態(tài)離子化成離子和電子的傳感器，用于檢測低濃度的揮發(fā)性有機物（VOC）和少量的氣態(tài)無機物質(zhì)。光離子化傳感器（Photo Ionization Detector）由紫外光源和氣室構(gòu)成。PID 中激發(fā)待測氣體離子化的源頭就是電離室中的紫外燈，被測氣體到達氣室后，被紫外燈發(fā)射的紫外光電離產(chǎn)生電荷流，氣體濃度和電荷流的大小正相關(guān)，測量電荷流即可測得氣體濃度。紫外發(fā)光原理與日光燈管相同，只是頻率高，能量大。

PID是如何工作的?

PID-A1和PID-AH通過光電離檢測(PID)測量空氣中的揮發(fā)性有機化合物(VOCs)，如下圖所示。將測試氣體(1)提供給光電離電池頂部的膜過濾器，并自由擴散進出由過濾器、外殼壁和UV燈窗組成的底層腔室。該燈發(fā)射出高能UV光子(箭頭所示)，通過窗戶傳輸。當光子 被分子吸附時，在腔室中發(fā)生光電離，產(chǎn)生兩個帶電離子，一個帶正電，X+，一個帶負電，Y-(2a)。陰極和陽極電極之間產(chǎn)生電場，吸引離子(2b)。所產(chǎn)生的電流與VOC的濃度成正比，測量并用于確定氣體濃度。PID-A包括第三個柵欄電極(專利)，以確保放大的電流不包括其他電流源(如室壁上的冷凝水)的顯著貢獻。

什么是揮發(fā)性有機化合物(VOC)?

揮發(fā)性有機化合物，或VOC，是一種含碳的化學物質(zhì)，在環(huán)境溫度下會顯著或完全蒸發(fā)。

PID檢測到哪些揮發(fā)性有機化合物(VOCs)?

大多數(shù)VOCs可以通過PID檢測到。值得注意的例外是低分子量碳氫化合物。每個VOC都有一個特征閾值光能量(光子能量)，當指向VOC時，會使其分裂成離子。這被稱為電離勢，或IP。如果光子能量大于IP的光與氣體樣品相互作用，則VOCs被電離(從而被檢測到)。 探測器中產(chǎn)生的峰值光子能量取決于所使用的PID燈:氙=9.6eV，氘=10.2eV，氪=10.6eV，氬氣=11.7eV。因此，使用氬氣燈可以檢測到最大范圍的揮發(fā)性化合物，而使用氙燈可以增加選擇性。窗口的不穩(wěn)定性意味著Alphasense不推薦也不提供11.7eV的燈。特定類型的燈通常不會在光譜指紋上發(fā)生變化，因此對特定氣體(如苯)對特定燈(如氪)的相對響應(yīng)不會因燈而異。但是，燈的強度確實在一定程 度上有所不同，從而導(dǎo)致對校準氣體的絕對響應(yīng)存在差異。

與任何其他檢測器一樣，PID測量化合物的充分揮發(fā)性也是必不可少的。一個相當大的分子，如α蒎烯(松節(jié)油的一種成分)，在20℃ 時，在空氣中以5000ppm的濃度飽和;這是該化合物通常會被檢測到的最大濃度。一些化合物，例如，機械油和農(nóng)用化學品在環(huán)境溫度下只產(chǎn)生幾個ppm的蒸汽;而在空氣中檢測這些化合物則更加困難。應(yīng)用筆記AAN305列出了VOCs的通用名稱和它們對氪燈的靈敏度，最常見的燈和PID- A1和PID- AH標配的燈。

哪一種燈最好?

燈的選擇取決于目標氣體、選擇性要求和燈壽命的考慮。通常使用氪燈，因為它的靈敏度高。

氙氣燈(9.6eV)

檢測到許多含有至少6個碳原子('C6')或更多的芳烴和不飽和VOCs。有時使用氙燈是一個優(yōu)勢，可以確保對BTEX等化合物的檢測 更具選擇性。如果需要，可以訂購9.6eV的燈。

氪燈(10.6eV)

部分檢測到C2，大部分檢測到C3、C4+VOCs。例外情況通常含有氯、氟或溴。作為指導(dǎo)，您可以期望使用氪-pid檢測以下內(nèi)容:

化學名稱以“-烷”、“-烯”或“-炔”結(jié)尾的所有碳氫化合物，但甲烷、乙烷、丙烷和乙炔除外，名稱中包含“氯”、“氟”或“溴”的除外:

化學名稱以-ol結(jié)尾的所有醇，甲醇除外，或者名稱中經(jīng)常包含“氯”、“氟”或“溴”的醇除外

所有名稱以“醛”結(jié)尾的醛類，但甲醛除外，或者有時名稱中包含“氯”、“氟”或“溴”

所有化學名稱以-1結(jié)尾的酮類，除非名稱中包含“氯”、“氟”或“溴”

所有以“-ate”結(jié)尾的酯類，除非名稱中包含“氯”、“氟”或“溴”

所有胺類、硫化物

氬氣燈(11.7eV)

所有可被氪燈檢測到的揮發(fā)性有機化合物，加上乙炔，甲醇，甲醛和大約80%的揮發(fā)性有機化合物，其化學名稱包括 “氟”、“氯”和“溴”。然而，這種燈的壽命非常短，因為紫外線窗是由氟化鋰制成的，氟化鋰容易降解，所以Alphasense公司沒有。

什么是響應(yīng)因子?

PID的靈敏度根據(jù)所用燈的類型(氪或氙)和檢測到的VOC而變化。響應(yīng)因子是一個數(shù)字，它將PID對特定VOC的響應(yīng)與對校準氣體(通常是異丁烯)的PID響應(yīng)聯(lián)系起來。如果PID對特定VOC的響應(yīng)比對相同濃度的異丁烯的響應(yīng)小8倍，則響應(yīng)因子為8。同樣，如果特定VOC的響應(yīng)因子為0.5，則PID響應(yīng)是相同濃度下異丁烯的兩倍。

例子:

使用異丁烯校準傳感器，發(fā)現(xiàn)其靈敏度為2mVppm-1。

如果傳感器暴露于100ppm異丁烯，輸出將為200mV。

甲苯已知產(chǎn)生異丁烯的兩倍的響應(yīng)。

如果傳感器暴露于100ppm甲苯，輸出將為400mV。 ?為了糾正響應(yīng)，它乘以響應(yīng)系數(shù)為0.5的甲苯。

如果響應(yīng)因子被編程到儀器中，您可以指定一種揮發(fā)性化合物，儀器將內(nèi)部補償對應(yīng)于該揮發(fā)性的響應(yīng)因子，并顯示和記錄校正后的 揮發(fā)性濃度。參見“MiniPID響應(yīng)因子”和倒數(shù)，%靈敏度。

還有其他測量VOCs的方法嗎?

pid具有優(yōu)異的靈敏度，大的動態(tài)范圍，并允許在較高無機氣體濃度背景下測量ppb-低ppm的VOCs。但還有其他測量VOCs的技術(shù):

火焰電離探測器(FID)

與pid非常相似，fid在實驗室中經(jīng)常用于檢測從氣相色譜儀洗脫的VOCs。fid和pid一樣，沒有選擇性，實際上所有的有機化合物 包括甲烷都被測量，fid可以非常敏感和線性。但是fid需要氫源，體積龐大，價格昂貴。fid在實驗室或固定場所很好，但目前還 不是便攜式VOC監(jiān)測的可行選擇。

便攜式GC/MS

這種傳統(tǒng)的實驗室分析儀器正在進入該領(lǐng)域，結(jié)果喜憂參半。隨著微機械硅(MEMS)，便攜式MS和便攜式GC可能仍然成為一個 真正的替代品，但成本是令人望而卻步的。它確實有選擇性的優(yōu)勢——它不是寬帶分析儀。尺寸，成本，對真空泵(MS)的需求和 維護要求使得只有在所有其他方法都失敗時才可以選擇。

熱解吸或泰德勒取樣袋

對于土壤樣品，其他固體，液體和氣體中吸附的所有VOCs的回顧性分析，ASTM建議使用吸附管或泰德勒取樣袋。然后將樣品 送到實驗室進行吸附管的熱解吸，然后使用傳統(tǒng)的GC/MS分析。在測量特定問題時，這是最好的技術(shù)，但顯然不能實時提供保護。 此外，這些都是平均測量值，而不是特定于點/時間的。

電化學傳感器

你可以用電化學電池測量許多VOCs，分辨率從10到200ppb。這些都是低成本、低功耗、緊湊的傳感器。Alphasense為VOC應(yīng)用提供ETO-A1傳感器。pid和電化學電池都是寬帶傳感器，但具有不同的特征-pid將比ETO-A1測量更多的VOCs，并且具有更 =高的靈敏度。如果您希望用電化學電池測量VOC，那么您應(yīng)該針對目標VOC優(yōu)化電化學傳感器:每個VOC將需要不同的理想偏置電壓以獲得最佳靈敏度。這不是一件容易的事。電化學電池的響應(yīng)時間約為25秒，而pid電池的響應(yīng)時間為1-2秒。

金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器(MOS)

金屬氧化物傳感器也將測量VOCs;它們比pid更緊湊，成本更低，功率更高。MOS傳感器具有濕度敏感、非線性響應(yīng)和長期漂移等缺點。它們也對無機氣體有反應(yīng)，所以如果你試圖測量低濃度的VOCs，而這些氣體如NO、NO2或CO的濃度較高，你就不應(yīng)該使用它們。不幸的是，當使用MOS技術(shù)時，很容易得到假陽性和假陰性。如果要使用MOS，則要求確認長期穩(wěn)定性和濕度靈敏度。 如果您想要高靈敏度，特別是對PID無法測量的VOCs(即許多cfc)，但不關(guān)心精度和交叉靈敏度，MOS傳感器可能提供一個可能的解決方案。

比色(“染色”)管

對特定VOCs進行采樣的成熟技術(shù)，比色管已經(jīng)存在了幾十年，主要由Draeger或Kittegawa提供。它們具有一次性成本低和一定 特異性的優(yōu)點，但缺點包括處理化學廢物(一次性管通常含有有毒化學物質(zhì))，準確性差，人類對顏色變化的解釋，采樣問題和 非連續(xù)測量:它們不應(yīng)該用于保護，只能用于定性采樣。

英國Alphasense 光離子PID傳感器PID-AH和PID-A1主要用來分別檢測濃度在1ppb-50ppm以及100ppb-6000ppm數(shù)量級的低濃度揮發(fā)性有機化合物和其它的有毒物質(zhì)。PID是一個高度靈敏、適用范圍廣泛的檢測器。產(chǎn)品精度和分辨率高，可以有效的檢測各種VOC濃度，這些系統(tǒng)的使用為高溫燃燒過程提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，為環(huán)保管理和安全生產(chǎn)提供了強大的工具。

審核編輯 黃宇