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TA-01 什么是PID?

什么是PID?

简介

PID是光离子化检测器的缩写。PID是一种手持的、私人的或可固定壁挂式的检测器,用来测量挥发性有机化合物(VOC)和一些无机化合物,浓度范围从百万分之一(ppm)到十亿分之一ppb)。它可以连续读出浓度数据,且当浓度超过用户设定的值时会发出警报。它还可以记录数据、计算时间加权平均值(TWA)和短期暴露限值(STEL),以及超过以上数据限值时发出警报。 先进仪器会通过内置泵来将30米以内的气体样品吸入PID主要应用于工业卫生检测,以保证工人不会在毒性环境中过度暴露,还可应用于下列领域:

燃料蒸汽

溶剂

油漆厂

化学品泄漏

密闭空间准入

室内空气质量

农药

环境清洁

泄漏检测

警戒线监测

爆炸下限测量           化工过程控制

热传导液

实验室

纵火调查

及更多用途

 

PID的工作原理

1是英国离子科学有限公司PID传感器系统的电路图 。紫外灯会产生高能光子,高能光子穿过灯窗和一个网状电极进入到传感器室。样气被泵送到传感器,其中大约1%的气体会透过微孔膜过滤器进入传感器室的另一边。右下图从分子水平上解释了该原理。当能量足够的光子撞击分子M时,会释放一个电子(e-,然后M+离子移动到阴极而电子则向阳极移动,从而形成一个与 气体浓度成正比的电流。该电流会被放大并显示为ppmppb浓度。不是所有的分子M都能电离,因此,空气中的主要成分如氮气、氧气、二氧化碳、氩气等都不会发生反应,但大多数挥发性有机化合物都会有反应。

 

灯的选择

三个PID灯的最大光子能量分别是10.0 eV10.6 eV11.7 eV。图2说明了灯只可以检测到电离能(IE)等于或少于灯的光子能量的化合物。因此,一个10.6 eV的灯可以测量电离能为10.5 eV的硫化氢和其他更低电离能的化合物,但不能检测甲醇或更高电离能的化合物。一般根据不同用途来选择灯。当只有一种化合物存在时,可以使用任何具有足够光子能量的灯,通常会选择标准的10.6 eV灯,因其成本最低且有长达数年的工作寿命。对于高电离能的化合物如氯仿来说,则需要用到11.7 eV灯,但其寿命只有几个月。至于化合物的混合物,只需用到能量最低的灯。例如,在异丙醇中检测丙酮可用10.0 eV灯,因其不受异丙醇的干扰。

 

PID可检测到的化合物

PID可检测到上千种挥发性有机化合物,其灵敏度大致按照以下的递减顺序::

 芳烃如苯、甲苯、二甲苯、苯酚、苯胺、吡啶、萘……

 烯烃,如丁二烯、环己烯、三氯乙烯、氯乙烯、松节油、柠檬油清洁剂……

 溴化物和碘化物,如溴甲烷熏蒸剂,N -溴丙烷脱脂剂,碘消毒剂……

 硫化物和硫醇,如甲硫醇天然气增味剂……

 有机胺,如甲胺、三甲胺……

 ,如丙酮、甲乙酮(MEK),甲基异丁基甲酮(MIBK……

 醚类,如乙醚溶剂,甲基叔丁基醚汽油添加剂乙基溶纤剂……

 酯与丙烯酸酯,如乙酸乙酯溶剂,甲基丙烯酸甲酯的胶水,PGMEA……

 醛类,如戊二醛消毒剂、乙醛、甲醛……

 丁醇、异丙醇、乙醇、丙二醇……

 烷类,如正己烷和石油碳氢化合物溶剂、辛烷和柴油燃料……

 一些无机物,如氨(NH3)制冷剂,硫化氢(H2S),磷化氢(PH3)和熏蒸剂……

除此之外,根据氯化合物、有机酸、硅酸盐、硼酸盐、磷酯、异氰酸酯或其它物质的不同,PID都会产生不同的反应,像车用汽油、柴油、煤油和喷气燃料这些芳烃、烯烃和烷烃的混合物就会有强烈的反应。

 

PID不能检测的物质

对以下物质无反应:

 洁净空气的成分,如氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气、氩气……

 惰性气体,如氦、氙、氪、氩……

 大多数小分子,如氢、一氧化碳、氰化氢、臭氧、过氧化氢、二氧化硫……

 天然气,包括甲烷和乙烷……

 矿物,如盐酸、硝酸、硫酸……

 含氟化合物,如氟里昂制冷剂,麻醉气体,六氟化硫……

 非挥发性物质,如多氯联苯,多环芳烃,MDI,油脂,蜡……

 放射性物品,如铀、钚、氡……

 

响应系数

TA-02 (英国离子科学有限公司PID响应系数) 通过测定对异丁烯的反应--响应系数(RF)的形式来展示PID800多种化合物的灵敏度。虽然对待测化合物进行校准是最准确的方法,但是某些校准气体并不容易获得,因此校准标准的异丁烯气体相对来说比较方便。 PID用异丁烯进行校准时,其它化合物的读数需要进行以下转换:

真实浓度  =  PID 读数  x  RF

1提供了一些化合物的RF。例如,如果用带有10.6 eV灯的PID(异丁烯校准)测量苯的浓度,其读数显示为10ppm,则其真实浓度为:

苯浓度  =  10 ppm  x  0.46  =  4.6 ppm

若条件同上,则乙醇的真实浓度为:

乙醇浓度  =  10 ppm  x  8.7  =  87 ppm 乙醇

 1.  不同PID灯下化合物的响应系数

化合物

电离能

RF 10.0 eV

RF 10.6 eV

RF 11.7 eV

9.24 eV

0.59

0.46

0.4

乙醇

10.47 eV

ZR*

8.7

8

氯仿

11.42 eV

ZR*

ZR*

3.5

* ZR = 无反应

注意RF值与灵敏度是相反的,例:RF值越低,化合物的灵敏度越高。需要87ppm的乙醇以达到与4.6ppm的苯相同的10ppm响应。

 

预存的响应系数

大部分英国离子科学有限公司的PID都预先加载了800多个RF值可供用户调用,显示器直接显示化学物质的浓度,无需进行多余的计算。但注意,从内存中调用RF值并不代表PID只对该化学物质有效,它仍可以在混合物中对所有可检测到的化合物作出反应。

 

专利格栅电极技术防止潮湿问题出现

大多数PID在湿度高的环境下因水蒸气的影响读数会偏低,如图3的绿色三角形线所示。另一方面,若传感器被污染了,也会出现高相对湿度下读数漂移,读数高的情况。英国离子科学有限公司通过结合隔栅电极和防污染系统的技术解决了以上问题(见图1,气体通过滤片后扩散从而保护了传感器。其它制造商也试图加入湿度传感器以进行湿度补偿,然而,如图3中褐色正方形线所示,湿度补偿多数并不准确,甚至会过度补偿导致出现过高的虚假读数。相比起来英国离子科学有限公司的传感器(图3中绿色菱形线)不受湿度影响且不需要人工补偿,因此在普通的潮湿环境中使用起来更加可靠和精确。该特点使得我们的PID十分适用于那些样本具有较高湿度且易受尘土污染的地方,如环境清洁时土壤顶空分析,对于其它PID来说,却难以适用。

 

欲了解更多湿度对PID的影响和格栅电极的功能等详情,请参考TA-06(专利格栅电极消除了湿度对英国离子科学有限公司PID的影响)。

 

应用于爆炸下限检测的PID

PID可用于测定空气中的可燃性,一般通过载体催化传感器或催化珠传感器对水蒸气的可燃性或LEL(爆炸下限)进行检测。 通常警报会设置为LEL10%以保证足够的安全范围。多数挥发性有机化合物的LEL只有几Vol %,而由于1 Vol%等于10,000 ppmLEL10% 一般就在几百到几千ppm的范围内,该范围PID可轻松检测到。例如,苯乙烯和氯乙烯的爆炸下限分别是1.1 Vol %4.0 Vol %,也就是说它们的10%LEL分别等于1100ppm4000ppmLEL传感器的成本比PID低,但有以下缺点:

 对柴油、喷气燃料、松节油等重烃物质反应较弱

 受污染于  a) 苯乙烯和氯乙烯等可聚合化合物

                     b) 和含有硫、氯、溴、磷、铅等元素的化合物

PID不受这些问题影响,因此适用于以下情况的LEL检测,包括:航空公司使用PID对机翼油箱入口(喷气燃料)进行LEL安全检测,使用硅酮润滑剂的制造厂和除臭剂灌装厂,以及聚苯乙烯的制造与加工等。

 

PID不需要氧气

PID可以在无氧环境中测定有毒物质,而大多数电化学传感器和载体催化型LEL传感器都需要在有氧环境中工作。在这些环境中,即使工人使用的是已提供的空气,也需要检测VOC,因为有皮肤暴露的危险或空气突然侵入导致爆炸的可能性。一些化学过程的控制在惰性空气中进行,所以也可以使用PID来监测VOC

 



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