PID光離子氣體測量原理介紹

PID光離子氣體測量原理

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化合物，而揮發(fā)性有機化合物是指沸點在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)域很多危險隱患的根源是有害物質(zhì)超標，而這些危險有害物質(zhì)絕大部分都是VOC，在易燃易爆物料生產(chǎn)運輸管理、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、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)性有機氣體進行檢測，因此需要能對于揮發(fā)性有機化合物總量進行測定的儀器。

什么是PID?

光離子化報警器可以檢測10ppb(parts billion)到10000ppm(parts per million)的VOC和其他有毒氣體。PID是一個高度靈敏、適用范圍廣泛的檢測器，PID可以看成一個“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候就已經(jīng)告訴了你。

PID傳感器的優(yōu)點

1)精度高

高精度的光離子化傳感器可以檢測到ppb級別（十億分之一）的有機氣體，一般的光離子化氣體傳感器可以檢測到ppm級(百萬分之一)的有機氣體，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)在開機后預(yù)熱的一段時間，在正常工作狀態(tài)下，光離子氣體傳感器幾乎可以實時做出反應(yīng)，可以連續(xù)測試。在這檢測危險氣體時，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，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)有機和部分無機氣體均可檢測，可以廣泛應(yīng)用于化工、運輸、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，在初始個人防護確認、泄露區(qū)域確認、清除污染等方面有重要作用。

PID檢測儀的工作原理

PID 使用了一個紫外燈（UV）光源將有機物分子電離成可被檢測器檢測到的正負離子（離子化）。檢測器捕捉到離子化了的氣體的正負電荷幵將其轉(zhuǎn)化為電流信號實現(xiàn)氣體濃度的測量。當(dāng)待測氣體吸收高能量的紫外光時，氣體分子受紫外光的激發(fā)暫時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，它不會改變待測氣體分子，經(jīng)過PID 檢測的氣體仍可被收集做進一步的測定。

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）zui高，故PID檢測范圍zui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。氟化鋰晶體材料在燈管玻璃上的封裝是相當(dāng)困難的。當(dāng)它不使用時在空氣中氟化鋰晶體材料會吸收水分，導(dǎo)致窗口漲大，削弱了通過它的紫外線的強度。氟化鋰晶體材料也會因為UV的照射而逐漸老化，導(dǎo)致整個儀器損壞。這些因素共同作用導(dǎo)致了11.7eV燈壽命的縮短。一個10.6eV、的紫外燈可持續(xù)使用12-24個月，而一個11.7eV的燈只能持續(xù)使用2-6個月。同時11.7eV的紫外燈的造價進進高于9.8eV和10.6eV，進一步降低了其實用性。 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時才使用。同時，9.8和10.6eV具有很多11.7eV的紫外燈不具有的特點： 9.8和10.6eV的PID有更強的針對特性：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高精度地檢測出準確的數(shù)據(jù)是很難實現(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 檢測儀的標定

氣體檢測儀的標定是建立在對于一個已知濃度的已知氣體相應(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)有關(guān)的，一個10ppm 的讀數(shù)表明儀器產(chǎn)生了一個與10ppm 標定氣體相同的離子電流。其它氣體得到這個讀數(shù)的實際濃度可能多于也可能少于這個值。

由于PID 讀數(shù)總是和標定氣體有關(guān)，因此這個讀數(shù)應(yīng)當(dāng)表述為標定氣體相關(guān)的ppm 單位，而不能直接使用實際的測量濃度值，除非檢測的污染物同標定氣體一樣，或者儀器的讀數(shù)已經(jīng)得到校正。

通常PID 使用異丁烯進行標定，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，在低濃度時無毒、不易燃。

PID 校正系數(shù)

由于揮發(fā)性有機化合物種類繁多，使用PID 檢測儀測量VOC 時，除了進行總量（TVOC）以外，還可以測量某種特定的氣體，這時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)以一種標準氣體（一般使用異丁烯）校正PID 后，通過CF 直接計算得到另一種氣體的濃度，這樣一次標定可以測定多種氣體。

校正系數(shù)也代表了某種特點氣體測量的靈敏度，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，應(yīng)按照以下步驟進行判斷：

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的碳氫化合物。比如：二乙胺等；

● 鹵代烴類：如三氯乙烯(TCE)、全氯乙烯(PCE)等；

● 含硫有機物：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。

除了上述有機物，PID 還可以測量一些不含碳的無機化合物氣體，如：

● 氨；

● 半導(dǎo)體氣體：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)；

● 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。