VOC檢測(cè)的新技術(shù)——PID光離子化檢測(cè)器

什么是VOC？
VOC 是揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile organic compounds)的英文縮寫。美國(guó)ASTM D3960-98
標(biāo)準(zhǔn)將VOC 定義為任何能參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物。美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署(EPA)的定義：揮
發(fā)性有機(jī)化合物是除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽和碳酸銨外，任何參加大氣
光化學(xué)反應(yīng)的碳化合物。
世界衛(wèi)生組織(WHO，1989)對(duì)總揮發(fā)性有機(jī)化合物（TVOC）的定義為，熔點(diǎn)低于室溫而沸
點(diǎn)在50～260℃之間的揮發(fā)性有機(jī)化合物的總稱。

PID原理
PID是一種光離子化檢測(cè)器，主要用來(lái)檢測(cè)濃度在1ppb-10000ppm數(shù)量級(jí)的低濃度揮發(fā)性有機(jī)化合物和其它的有毒氣體。PID是一種用途廣泛而靈敏的檢測(cè)器，類似于一款低濃度的LEL檢測(cè)器。

PID有一個(gè)紫外光源，化學(xué)物質(zhì)在它的激發(fā)下產(chǎn)生的正、負(fù)離子就能被探測(cè)器輕易探測(cè)到。
當(dāng)分子吸收高能紫外線時(shí)就產(chǎn)生電離，分子在這種激發(fā)下產(chǎn)生負(fù)電子并形成正離子。這些電離的
微粒產(chǎn)生的電流經(jīng)過(guò)檢測(cè)器的放大，就能在儀表上顯示ppm或ppb級(jí)的濃度。這些離子在經(jīng)過(guò)電極
后很快就重新組合到一起變成原來(lái)結(jié)構(gòu)的有機(jī)分子。在此過(guò)程中分子不會(huì)有任何損壞；PID不會(huì)“燒
毀”也不會(huì)改變樣品氣體，這一點(diǎn)使得它可用用來(lái)收集樣品。

PID可以檢測(cè)的物質(zhì)

理論上，所有的化學(xué)物質(zhì)都能被離子化，但是它們被電離所需要的能量是不同的。能夠轉(zhuǎn)移
一個(gè)電子和電離一個(gè)化合物的能量叫電離能，用電子伏特作為計(jì)量單位。紫外燈所發(fā)出的能量也
可以用電子伏特來(lái)計(jì)量。如果某種氣體的電離能低于燈發(fā)出的能量那么這種氣體將被電離。
PID可以檢測(cè)大多數(shù)有機(jī)化合物（包括汽油揮發(fā)物）：
混合物、碳類化合物。具體包括：
有一個(gè)苯環(huán)的芳香族化合物包括苯，甲苯，乙苯，二甲苯。
酮和帶一個(gè)羰基的醛類化合物包括丙酮，甲基酮和乙醛。
胺和碳氨及氮氨類化合物如二乙基胺
鹵代烴類化合物如三氯乙烯，全氯乙烯
硫化物如硫醇類，磺化物
不飽和鏈烴如丁二烯，異丁烯
醇類如異丙醇，乙醇
飽和鏈烴如丁烷，辛烷

拿加油站的汽油揮發(fā)出的VOC舉例

汽油揮發(fā)出的氣體成分比較復(fù)雜，主要是飽和直鏈烷烴，從碳四到碳十二，其中以碳五到碳
九為主。這些氣體的電離能均小于10..6ev，屬于可以被10.6ev 紫外燈電離的氣體。

為什么不使用LEL 檢測(cè)器
汽油揮發(fā)出的VOC 確實(shí)是易燃物質(zhì)并且可以被LEL 檢測(cè)器(Lower Explosive Limit，**低爆
炸極限)或稱易燃易爆氣體檢測(cè)器所檢測(cè)到。但是，由于LEL 傳感器較低的靈敏度，還不足以檢測(cè)
到低濃度的VOC 氣體，同時(shí)無(wú)法確認(rèn)毒性而無(wú)法應(yīng)用于正常汽油的事故之中。也就是說(shuō)LEL 檢測(cè)
的是爆炸性而非毒性。（LEL 傳感器及其應(yīng)用詳細(xì)資料請(qǐng)參考AP-203）
為什么不使用氣體檢測(cè)管
幾年來(lái)，氣體檢測(cè)管一直是氣體檢測(cè)的基本部件。它們被廣泛接受并證明能以ppm 水平測(cè)量很多
的有毒有害氣體。檢測(cè)管的價(jià)格不高，但它也有很多的局限性：
氣體檢測(cè)管只能提供“點(diǎn)測(cè)”，就如同一個(gè)寶立來(lái)相機(jī)。它們無(wú)法提供定量分析以及連續(xù)的警報(bào)
檢測(cè)。只用一個(gè)檢測(cè)管無(wú)法提供給操作者一個(gè)危險(xiǎn)狀況的警報(bào)。
“點(diǎn)測(cè)”的本質(zhì)更易于發(fā)生測(cè)量錯(cuò)誤。因?yàn)樗鼈兊牟蓸恿枯^小，并且現(xiàn)場(chǎng)還存在著空氣流動(dòng)
等等因素。只有采用100-500 cc/min 的連續(xù)監(jiān)測(cè)，才不至于被一時(shí)的高或低的讀數(shù)蒙蔽。
氣體檢測(cè)管的響應(yīng)比較慢，它們大概需要幾分鐘而不是幾秒鐘給出結(jié)果。
氣體檢測(cè)管的測(cè)量精度大約是25%，此時(shí)，如果實(shí)際濃度是100ppm，檢測(cè)管的讀數(shù)可能在
75 到125ppm 之間。
氣體檢測(cè)管的讀數(shù)更傾向于間斷采樣。
廢棄的檢測(cè)管容易產(chǎn)生玻璃和化學(xué)污染。
用戶需要大量?jī)?chǔ)備檢測(cè)管以備使用，同時(shí)，檢測(cè)管還可能存在過(guò)期的問(wèn)題。
氣體檢測(cè)管僅局限于常見(jiàn)化合物，許多特定化合物還沒(méi)有特殊的解決辦法。
為什么不用MOS 傳感器
半導(dǎo)體或稱MOS 傳感器是一種早期的且不是很貴的便攜式測(cè)量?jī)x器。它可以檢測(cè)大多數(shù)的化
學(xué)污染物質(zhì)。但它們的局限性還是限制了它們?cè)诩佑驼綱OC 檢測(cè)中的應(yīng)用。
1、它們的靈敏度很差，一般的檢出限度大約是10 個(gè)ppm。
2、它們的輸出是非線性的，這樣就會(huì)影響它們的度。MOS 傳感器僅僅是一款對(duì)各種有毒
氣體和蒸氣的粗略檢測(cè)器，依據(jù)它們的非線性輸出獲得的信息來(lái)判斷進(jìn)入決定是很危險(xiǎn)的，因?yàn)?br />這種輸出更像用一條米尺測(cè)量一張紙的厚度。
3、相對(duì)于PID，MOS 的響應(yīng)時(shí)間要慢一些
4、MOS 傳感器更易受到溫度和濕度的影響
5、它們很容易被中毒并且不容易清洗
6、MOS 傳感器是一種“廣譜”檢測(cè)器，它們會(huì)對(duì)各種不同類型的化合物產(chǎn)生反應(yīng)
為什么不使用氣相色譜/質(zhì)譜的實(shí)驗(yàn)室分析
低流量泵可以通過(guò)吸附管不間斷的抽取樣品并在整個(gè)工作日內(nèi)連續(xù)的進(jìn)行檢測(cè)。將這些攜帶
吸附物的吸附管送到實(shí)驗(yàn)室分析。分析后通過(guò)氣象色譜和質(zhì)譜測(cè)算出化合物準(zhǔn)確的平均濃度。在
工作狀態(tài)下，近似濃度和暴露時(shí)間，多樣的檢測(cè)管和泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況都有很大的關(guān)系。這使得檢測(cè)
變得復(fù)雜，并帶來(lái)了很高的支出。而特殊的吸附管易被消耗。結(jié)果需要花費(fèi)數(shù)天或幾星期時(shí)間往
返于實(shí)驗(yàn)室。等到獲得可靠的結(jié)果時(shí)，工作人員可能已經(jīng)忘記了工作時(shí)暴露在什么物質(zhì)下了。這
種緩慢的信息反饋使工作人員在實(shí)際暴露情況下做出及時(shí)的調(diào)整是相當(dāng)困難的。由于暴露數(shù)據(jù)常
在訓(xùn)練有素的工作人員之間相互傳遞，所以對(duì)數(shù)據(jù)的默認(rèn)表達(dá)被很自然的規(guī)定了下來(lái)。
假設(shè)一個(gè)檢測(cè)管是一個(gè)“寶立來(lái)相片”，那么吸收媒介就是一個(gè)35mm 的照相機(jī)。吸收媒介可
以得出很好的結(jié)果，但你必需等待膠片被沖印出來(lái)。然而，采樣做實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)又是十分昂貴的。
為什么不使用便攜式GC/MS
氣相色譜/質(zhì)譜（GC/MS）具有很高的選擇性，卻是非連續(xù)測(cè)量。它也是“點(diǎn)測(cè)”而無(wú)法提供
連續(xù)的警報(bào)測(cè)量。因?yàn)樗鼈兊牟蓸恿枯^小，并且現(xiàn)場(chǎng)還存在著空氣流動(dòng)等等因素。只有采用
100-500 cc/min 的連續(xù)監(jiān)測(cè)，才不至于被一時(shí)的高或低的讀數(shù)蒙蔽。
同時(shí)，目前還沒(méi)有可以由工作人員帶在身上的便攜式的和堅(jiān)固的GC/MS 儀器，同時(shí)，GC/MS
還僅是一個(gè)即時(shí)而非預(yù)防手段， 它僅僅能報(bào)告發(fā)生了什么。一個(gè)色譜更多地提供了“點(diǎn)測(cè)”的照
片結(jié)果而不是一個(gè)連續(xù)的、即時(shí)的影像。**后一點(diǎn)，GC/MS 在儀器價(jià)格上也比較貴。
為什么不使用火焰離子化檢測(cè)器(FID)
火焰離子化檢測(cè)器(FID)是一種廣譜的有機(jī)化合物檢測(cè)器而不具備選擇性。但它們的線性是非
常好的。它們用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的主要局限在于它們較大的重量和體積，以及需要配置一個(gè)氫氣瓶，
這樣一來(lái)，就很難保證它們?cè)诩佑驼具@樣的危險(xiǎn)環(huán)境中儀器本身的本質(zhì)安全。FID 相對(duì)較貴、維
護(hù)繁瑣等因素也限制了它在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用。PID 和FID 都是常見(jiàn)的有機(jī)化合物檢測(cè)器，很多人
都想知道二者在技術(shù)上的不同，但這種不同更多的是一種偏愛(ài)。FID 和PID 之間的不同就如同米
尺和市尺之間的不同。它們都可以有效地測(cè)量同一種物質(zhì)，但是，由于PID 更小巧一些，更容易
使用和更安全，它要比FID 更加普遍地應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。

氣體檢測(cè)的新技術(shù)——PID光離子化檢測(cè)器