Alphasense PID光離子化傳感器技術(shù)詳解及其在VOCs檢測中的應(yīng)用

chinaboy

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(jī)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(kuò)散進(jìn)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(dāng)光子 被分子吸附時(shí)，在腔室中發(fā)生光電離，產(chǎn)生兩個(gè)帶電離子，一個(gè)帶正電，X+，一個(gè)帶負(fù)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(gè)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(xiàn)。

什么是揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)?揮發(fā)性有機(jī)化合物，或VOC，是一種含碳的化學(xué)物質(zhì)，在環(huán)境溫度下會(huì)顯著或完全蒸發(fā)。
PID檢測到哪些揮發(fā)性有機(jī)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?xì)浠衔铩Ｃ總€(gè)VOC都有一個(gè)特征閾值光能量(光子能量)，當(dāng)指向VOC時(shí)，會(huì)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= 9.6 eV，氘= 10.2 eV，氪= 10.6 eV，氬氣= 11.7 eV。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(huì)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(huì)因燈而異。但是，燈的強(qiáng)度確實(shí)在一定程 度上有所不同，從而導(dǎo)致對校準(zhǔn)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(gè)相當(dāng)大的分子，如α蒎烯(松節(jié)油的一種成分)，在20℃ 時(shí)，在空氣中以5000ppm的濃度飽和;這是該化合物通常會(huì)被檢測到的最大濃度。一些化合物，例如，機(jī)械油和農(nóng)用化學(xué)品在環(huán)境溫度下只產(chǎn)生幾個(gè)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AAN 305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(biāo)配的燈。
哪一種燈最好?燈的選擇取決于目標(biāo)氣體、選擇性要求和燈壽命的考慮。通常使用氪燈，因?yàn)樗撵`敏度高。
氙氣燈(9.6eV)檢測到許多含有至少6個(gè)碳原子(' C6 ')或更多的芳烴和不飽和VOCs。有時(shí)使用氙燈是一個(gè)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(xué)名稱以“-烷”、“-烯”或“-炔”結(jié)尾的所有碳?xì)浠衔铮淄椤⒁彝椤⒈楹鸵胰渤猓Q中包含“氯”、“氟”或“溴”的除外:
• 化學(xué)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(shí)名稱中包含“氯”、“氟”或“溴”
• 所有化學(xué)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(jī)化合物，加上乙炔，甲醇，甲醛和大約80%的揮發(fā)性有機(jī)化合物，其化學(xué)名稱包括 “氟”、“氯”和“溴”。然而，這種燈的壽命非常短，因?yàn)樽贤饩€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(gè)數(shù)字，它將PID對特定VOC的響應(yīng)與對校準(zhǔn)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(zhǔn)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(bǔ)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(dòng)態(tài)范圍，并允許在較高無機(jī)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(shí)驗(yàn)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(shí)際上所有的有機(jī)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?dú)湓矗w積龐大，價(jià)格昂貴。fid在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室分析儀器正在進(jìn)入該領(lǐng)域，結(jié)果喜憂參半。隨著微機(jī)械硅(MEMS)，便攜式MS和便攜式GC可能仍然成為一個(gè) 真正的替代品，但成本是令人望而卻步的。它確實(shí)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(hù)要求使得只有在所有其他方法都失敗時(shí)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)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(shí)，這是最好的技術(shù)，但顯然不能實(shí)時(shí)提供保護(hù)。 此外，這些都是平均測量值，而不是特定于點(diǎn)/時(shí)間的。
電化學(xué)傳感器你可以用電化學(xué)電池測量許多VOCs，分辨率從10到200 ppb。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(xué)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(xué)電池測量VOC，那么您應(yīng)該針對目標(biāo)VOC優(yōu)化電化學(xué)傳感器:每個(gè)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(xué)電池的響應(yīng)時(shí)間約為25秒，而pid電池的響應(yīng)時(shí)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(diǎn)。它們也對無機(jī)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(dāng)使用MOS技術(shù)時(shí)，很容易得到假陽性和假陰性。如果要使用MOS，則要求確認(rèn)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(gè)可能的解決方案。
比色(“染色”)管 對特定VOCs進(jìn)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(diǎn)，但缺點(diǎn)包括處理化學(xué)廢物(一次性管通常含有有毒化學(xué)物質(zhì))，準(zhǔn)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(hù)，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(jī)化合物和其它的有毒物質(zhì)。PID是一個(gè)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(qiáng)大的工具。

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您的觀點(diǎn)很有見地，這讓我對這個(gè)問題有了新的思考角度。

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