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、制藥等工業生產領域， 大量存在著揮發性有機化合物（ Volatile Organic Compounds ， 簡稱VOC）。

在石油、石化、化工、制藥等工業生產領域， 大量存在著揮發性有機化合物（ Volatile Organic Compounds ， 簡稱VOC）。按照美國環保局（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。

在工業領域很多危險隱患的根源是有害物質超標，而這些危險有害物質絕大部分都是VOC，在易燃易爆物料生產運輸管理、化工物料泄漏、熱交換流體、工業衛生、室內空氣質量、環境保護、密閉空間迚入、應急事故檢測中，對VOC 的檢測具有非常重要的作用。

VOC 成分組成非常復雜，在工業現場往往也是各種不同氣體混合存在，無法像常規的電化學傳感器那樣針對每種揮發性有機氣體進行檢測，因此需要能對于揮發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，而PID則在你剛剛濕腳的時候就已經告訴了你。

PID傳感器的優點

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）響應速度快、壽命長除了在氣體檢測系統在開機后預熱的一段時間，在正常工作狀態下，光離子氣體傳感器幾乎可以實時做出反應，可以連續測試。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） 應用范圍廣

光離子傳感器對大多數有機和部分無機氣體均可檢測，可以廣泛應用于化工、運輸、軍事、航天等領域。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化為電流信號實現氣體濃度的測量。當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困難的。當它不使用時在空氣中氟化鋰晶體材料會吸收水分，導致窗口漲大，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，導致整個儀器損壞。這些因素共同作用導致了11.7eV燈壽命的縮短。一個10.6eV、的紫外燈可持續使用12-24個月，而一個11.7eV的燈只能持續使用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物質。

9.8和10.6eV的PID持續使用不少于一年：它的使用壽命和一氧化碳傳感器相當。

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據是很難實現的。

基于上述原因，應該選擇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的離子電流的基礎上。其它氣體的儀器響應是和它們本身的性質有關的，一個10ppm 的讀數表明儀器產生了一個與10ppm 標定氣體相同的離子電流。其它氣體得到這個讀數的實際濃度可能多于也可能少于這個值。

由于PID 讀數總是和標定氣體有關，因此這個讀數應當表述為標定氣體相關的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，或者儀器的讀數已經得到校正。

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

由于揮發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(CF，或稱為響應系數)。它用在當以一種標準氣體（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，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 主要用于揮發性有機化合物的檢測，主要包括：

● 芳香類：含有苯環的系列化合物，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包括：

●放射性物質；
● 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；

● 非揮發性物質：如聚合物、油脂等。

2. 利用校正系數判斷是否可以檢測
● 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。