光离子化检测器简称PID(Photo Ionization Detectors)它使用一只10.6eV光子能量的紫外(UV)灯作为光源(也可配11.7eV或9.8eV紫外灯,职业卫生检测中常用10.6eV紫外灯)。被测物质进入离子化室后,经UV灯照射,原来稳定的分子结构被电离,产生带正电的离子与带负电的电子,在正负电场的作用下,形成微弱电流,检测该电流的大小,即可得到该物资在空气中的浓度。 便携式PID犹如一台微型气相色谱,有着**的**度和灵敏度,高能量的紫外辐射可使作业场所空气中极低浓度(1ppb—10000ppm)的几乎所有的挥发性有机化合物(VOC,Volatile Organic Compounds)和部分无机物电离,仍可保持空气中电离电位远高于10.6eV的N2、O2、CO2、H2O、CO和CH4不被电离。加之PID内置大容量CPU和RAM,可以连续测定10小时,可以轻易获得劳动一个工作日(8小时)中接触有害物质气体的情况(TWA、STEL、MAC),并通过数据处理软件获得有害气体在空间平面上的分布。故PID在职业卫生日常检测、应急检测和系统检测,特别是密闭空间作业的职业卫生检测工作中有着其它仪器设备无法替代的用途,在西方发达国家PID已经成为职业卫生检测的必备工具。近年来,在我国各大**控制中心及职防所,大型企业PID越来越多的被用在职业卫生工作中。 1. PID的使用范围: 1.1 PID对几乎所有的含碳有机挥发性化合物和部分无机物有着很强的灵敏度 : 1.1.1 卤代烃类、硫代烃类、不饱和烃类:烯烃等等。 1.1.2 芳香类:苯、甲苯、二甲苯(包括邻、间、对位二甲苯)、奈等。 1.1.3 醇类:丙烯醇、正丁醇、2—丁氧基乙醇等等。 1.1.4 酮类和醛类:乙醛、醋醛、丙酮、丙烯醛等等。 1.1.5 胺类:二甲基胺、二甲基甲酰胺等等。 1.1.6 部分无机气体、氨、半导体气体:砷、硒、溴、碘等等。 1.2 PID不能检测的气体: PID不能检测的气体主要有放射性气体、空气(N2、O2、CO2、H2O)、常见毒气(CO、HCN、SO2)、天然气(甲烷、乙烷、丙烷等)、酸性气体(HCL、HF、HNO3)、氟里昂、臭痒、非挥发性气体等等。 2. PID上UV灯的选择: PID上可以使用的UV灯有9.8eV、10.6eV、11.7eV三种。其中11.7eV的UV灯PID检测范围*宽,远远大于9.8eV和10.6eV。但9.8eV和10.6eV的UV灯价格比11.7eV 的UV灯低廉的多,寿命比11.7eV UV灯更长,准确度更好且更为专用。10.6eV UV灯又比9.8eV UV灯使用范围广。故在职业卫生检测工作中选择10.6eV UV灯其优势更明显。 3. PID的标定及计算 3.1 标定 PID的标定非常简单,常用已知浓度的异丁烯C4H8(IBE)来校正PID对相同浓度(ppmv)的待测化合物的反应,而求出校正系数(CF),但需准备所检测的毒物的标准气。更为简单的方法是只需准备一小瓶100ppm浓度的异丁烯直接标定PID,对其它挥发性有机化合物和部分无机物直接从PID供应商所提供的CF表中查取CF值。或将作业场所待测化合物的CF值求出后,直接输入便携式PID;或从CF表中查取CF值,直接输入便携式PID,在需要时将此数据调出。 仪器对IBE的响应值×待测化合物浓度(ppmv) CF=--------------------------------------------- BIE的浓度(ppmv)×仪器对待测化合物的响应值 CF值越大,PID对待测物的灵敏度越低。反之,CF值越小,PID对待测物的灵敏度越高。作业场所中待测化合物CF(*好≤10,越小越适宜使用PID,若CF值太大,会影响检测的灵敏度和准确度,从而影响检测结果的准确性。待测物的电离电位(IP)超过10.6eV时不能使用10.6eV的PID。 3.2 计算 作业现场空气中待测毒物的真实浓度(ppm): =作业现场测得浓度(ppm)×CF值 作业现场空气中待测毒物的真实浓度(mg/m3): 作业现场测得浓度(ppm)×CF值×待测毒物分子量 =------------------------------------------------ 22.45 ※ 22.45为标准状况下气体的体积 4. PID与传统的职业卫生检测方法的区别 4.1 气体检测管法: 优点:体积小、重量轻、操作简单快捷、半定量、灵敏度较高、技术要求不高、费用低。 缺点:⑴准确度和**度较差,只有25%左右。 ⑵检测管只能提供“点测”,而无法提供定量分析以及连续的检测,只能进行间断采样。 ⑶点测受限于采样量和作业现场的空气流动情况,易发生检测误差。 ⑷检测管种类少,现场检测响应时间长,管子保存时间短,用过的检测管易产生环境污染。 4.2 半导体传感器(MOS): 是一种价格不高,且可检测大多数化学物质的“宽带”检测器,但其灵敏度 较差,响应时间较慢,更易受温度和湿度的影响,其结果输出是非线性的。 4.3 化学传感器: 性能比较稳定、寿命较长、耗电少、分辨率一般可达到0.1ppm(随传感器不同而不同),温度适应性较宽(可在-40℃~50℃间工作),但检测读数受温度变化的影响较大。传感器易受环境中其它毒物的影响,一种传感器有时对二种或二种以上的毒物有感应,而无法确认毒物的种类,高浓度的毒物易使传感器中毒,而引起失效。 4.4 便携式气相色谱/质谱(GC/MS): 虽然GC/MS具有很高的选择性及灵敏度,但其只能提供“点测”,无法进行连续检测,且价格昂贵,维修成本高。 4.5火焰离子化检测器(FID): 是一种宽带有机化合物检测器,线性好、灵敏度高、被广泛应用于职业卫生检测,但由于其不具备选择性、价格昂贵、维护繁琐、体积及重量较大,无法携带到作业现场进行检测。 4.6 便携式PID检测器: 便携式PID检测器体积小、重量轻、携带操作方便,自带吸气泵、反应快速、可连续采样检测,检测范围宽,可检测几乎所有的有机化合物和部分无机物,干扰少、量程大、数据误差极小、数据存储量大、可连续记录一万五千个检测数据,检测时间长,应用成本低,特别适合于职业卫生检测工作中的TWA、STEL、MAC的检测。但PID检测器价格较为昂贵,维护成本高。 5. PID的维护及注意事项: 5.1 PID在较为干燥的作业场所检测时灵敏度高,高湿度作业场所会使PID的灵敏度降低30%~50%,在纯氮气中PID灵敏度比干燥环境中的PID灵敏度增加10%~30%。故建议PID校正用标准气以氮气作底气为佳。 5.2 有条件的建议每次使用PID前,用标准气校正一次,或至少一季度校正一 次。并定期对PID的UV灯进行清洗,以减少灰尘、酸、碱等对UV灯损害,提 高PID的灵敏度。 5.3 为使检测值高于仪器的噪声比,建议*好使用50~100ppmv的标准气体来标定PID。 5.4 便携式PID使用过程中必须注意其充电是否为脉冲式设计。否则,每次使用后,必须完全放电后再充电。脉冲式充电无须放电,可一直充电,随用随取。 6. 作业场所职业卫生检测常见毒物的校正系数(见附表) 从以上综述可以看出PID检测器特别适合在职业卫生检测中检测作业场所 只有一种已知有机毒物的浓度(有多种毒物时可利用PID仪器内所存储的CF值,进行检测);或检测作业场所中总有机挥发物(TVOC)和非甲烷性总烃。此外,由于便携式PID具有其它仪器无可比拟的优点,不但可以在职业卫生日常检测、应急检测、系统检测和密闭空间的检测被广泛应用,还可广泛用于大气环境污染检测、室内空气质量检测、化学品泄露的检测、粮食存储、消防、**、航天等领域。目前,我所已将便携式PID广泛应用于职业卫生检测工作,不但节省了大量的人力物力,还取得了意想不到的效果。相信在不久的将来,便携式PID将会逐步取代传统的职业卫生检测方法,在我国被推广应用。
附表: 作业场所职业卫生检测常见毒物的校正系数(UV灯为10.6eV) 序号 毒物名称 分子式 CF值 电离电位(IP) 1 乙醛 醋醛 C2H4O 5.5 10.23 2 乙酸 醋酸 C2H4O2 22 10.66 3 乙酸酐 C4H6O3 6.1 10.14 4 丙醛 C3H6O2 1.9 9.95★ 5 丙烯醛 C3H4O 3.9 10.10 6 苯 纯苯 C6H6 0.5 9.25 7 甲苯 C7H8 0.5 8.82 8 二甲苯 C8H10 0.5 8.44 9 M-二甲苯 C8H10 0.4 8.56 10 O-二甲苯 C8H10 0.6 8.56 11 p-二甲苯 C8H10 0.5 8.44 12 乙苯 C8H10 0.5 8.77 13 苯乙烯 C8H8O3 0.4 8.43 14 苯胺 C7H7N 0.5 7.72 15 氯苯 一氯化苯 C6H5Cl 0.4 9.06 16 奈 C10H8 0.4 8.13 17 硝基苯 C6H5NO2 1.9 9.81 18 溶剂汽油 C9H20 0.7 19 乙烯 C2H4 10 10.51 20 丙烯 C3H6 1.7 9.73 21 氧化丙烯 C3H6O2 6.5 10.22★ 22 丁烯 C4H8 1.00 9.24 23 丁二烯 C4H6 1.0 9.07 24 N,N-二甲基甲酰胺 C3H7NO 0.8 9.13 25 N,N-二甲基乙酰胺 C4H9NO 0.8 8.81 26 环氧乙烷 C2H4O 19 10.57 27 乙二醇 C3H6O2 16 10.16 28 硫化氢 H2S 3.3 10.45 29 氨气 NH3 9.7 10.18 30 氯乙烯 C2H3Cl 2.0 9.99 31 三氯乙烯 C2HCl3 0.5 9.47 32 四氯乙烯 C2Cl4 0.57 9.32 33 酚 苯酚 碳酸 C6H6O 1.0 8.51 34 一氧化氮 NO 5.2 9.27★ 35 戊烷 C5H12O 8.4 10.53 36 辛烷 C8H18 1.8 9.82 37 壬烷 C9H2O 2 9.72★ 38 庚烷 C7H16 2.6 9.92 39 正己烷 C6H14 4.3 10.13 序号 毒物名称 分子式 CF值 电离电位(IP) 40 癸烷 C10H22 1.4 9.65 41 环己烷 六氢化苯 C6H12 1.4 9.86 42 二硫化碳 CS 1.2 10.07 43 乙醚 C4H10O 1.1 9.51 44 丙酮 醋酮 C3H6O 1.1 9.71 45 乙酸乙脂 C4H8O2 4.6 10.01 46 乙醇 C2H6O 12 10.47 47 二氯苯 C6H4Cl2 0.47 9.08 48 环己酮 C6H10O 0.9 9.14 49 甲胺 氯基甲烷(无水) CH5N 1.0 8.97★ 50 乙胺 C2H7N 0.8 8.86★ 51 二乙胺 氨基二乙烷 C4H11N 1 8.01 52 碘 I2 0.1 9.40 53 丙烯酸乙脂 C5H8O2 2.4 <10.3 54 丙烯酸 2-乙基乙酯 C11H20O2 1.1 55 乙醇胺 C2H7NO 4 8.69 表中带★的毒物校正系数(CF)尚未确认。