什么是PID光離子化傳感器？

光離子傳感器（PID）是一種利用高能量紫外光將檢測物從分子狀態離子化成離子和電子的傳感器，用于檢測低濃度的揮發性有機物（VOC）和少量的氣態無機物質。光離子化傳感器（Photo Ionization Detector）由紫外光源和氣室構成。PID 中激發待測氣體離子化的源頭就是電離室中的紫外燈，被測氣體到達氣室后，被紫外燈發射的紫外光電離產生電荷流，氣體濃度和電荷流的大小正相關，測量電荷流即可測得氣體濃度。紫外發光原理與日光燈管相同，只是頻率高，能量大。

PID是如何工作的?

PID-A1和PID-AH通過光電離檢測(PID)測量空氣中的揮發性有機化合物(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，并自由擴散進出由過濾器、外殼壁和UV燈窗組成的底層腔室。該燈發射出高能UV光子(箭頭所示)，通過窗戶傳輸。當光子 被分子吸附時，在腔室中發生光電離，產生兩個帶電離子，一個帶正電，X+，一個帶負電，Y-(2a)。陰極和陽極電極之間產生電場，吸引離子(2b)。所產生的電流與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。

什么是揮發性有機化合物(VOC)?

揮發性有機化合物，或VOC，是一種含碳的化學物質，在環境溫度下會顯著或完全蒸發。

PID檢測到哪些揮發性有機化合物(VOCs)?

大多數VOCs可以通過PID檢測到。值得注意的例外是低分子量碳氫化合物。每個VOC都有一個特征閾值光能量(光子能量)，當指向VOC時，會使其分裂成離子。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)。 探測器中產生的峰值光子能量取決于所使用的PID燈:氙=9.6eV，氘=10.2eV，氪=10.6eV，氬氣=11.7eV。因此，使用氬氣燈可以檢測到最大范圍的揮發性化合物，而使用氙燈可以增加選擇性。窗口的不穩定性意味著Alphasense不推薦也不提供11.7eV的燈。特定類型的燈通常不會在光譜指紋上發生變化，因此對特定氣體(如苯)對特定燈(如氪)的相對響應不會因燈而異。但是，燈的強度確實在一定程 度上有所不同，從而導致對校準氣體的絕對響應存在差異。

與任何其他檢測器一樣，PID測量化合物的充分揮發性也是必不可少的。一個相當大的分子，如α蒎烯(松節油的一種成分)，在20℃ 時，在空氣中以5000ppm的濃度飽和;這是該化合物通常會被檢測到的最大濃度。一些化合物，例如，機械油和農用化學品在環境溫度下只產生幾個ppm的蒸汽;而在空氣中檢測這些化合物則更加困難。應用筆記AAN305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標配的燈。

哪一種燈最好?

燈的選擇取決于目標氣體、選擇性要求和燈壽命的考慮。通常使用氪燈，因為它的靈敏度高。

氙氣燈(9.6eV)

檢測到許多含有至少6個碳原子('C6')或更多的芳烴和不飽和VOCs。有時使用氙燈是一個優勢，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，您可以期望使用氪-pid檢測以下內容:

化學名稱以“-烷”、“-烯”或“-炔”結尾的所有碳氫化合物，但甲烷、乙烷、丙烷和乙炔除外，名稱中包含“氯”、“氟”或“溴”的除外:

化學名稱以-ol結尾的所有醇，甲醇除外，或者名稱中經常包含“氯”、“氟”或“溴”的醇除外

所有名稱以“醛”結尾的醛類，但甲醛除外，或者有時名稱中包含“氯”、“氟”或“溴”

所有化學名稱以-1結尾的酮類，除非名稱中包含“氯”、“氟”或“溴”

所有以“-ate”結尾的酯類，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性有機化合物，加上乙炔，甲醇，甲醛和大約80%的揮發性有機化合物，其化學名稱包括 “氟”、“氯”和“溴”。然而，這種燈的壽命非常短，因為紫外線窗是由氟化鋰制成的，氟化鋰容易降解，所以Alphasense公司沒有。

什么是響應因子?

PID的靈敏度根據所用燈的類型(氪或氙)和檢測到的VOC而變化。響應因子是一個數字，它將PID對特定VOC的響應與對校準氣體(通常是異丁烯)的PID響應聯系起來。如果PID對特定VOC的響應比對相同濃度的異丁烯的響應小8倍，則響應因子為8。同樣，如果特定VOC的響應因子為0.5，則PID響應是相同濃度下異丁烯的兩倍。

例子:

使用異丁烯校準傳感器，發現其靈敏度為2mVppm-1。

如果傳感器暴露于100ppm異丁烯，輸出將為200mV。

甲苯已知產生異丁烯的兩倍的響應。

如果傳感器暴露于100ppm甲苯，輸出將為400mV。 ?為了糾正響應，它乘以響應系數為0.5的甲苯。

如果響應因子被編程到儀器中，您可以指定一種揮發性化合物，儀器將內部補償對應于該揮發性的響應因子，并顯示和記錄校正后的 揮發性濃度。參見“MiniPID響應因子”和倒數，%靈敏度。

還有其他測量VOCs的方法嗎?

pid具有優異的靈敏度，大的動態范圍，并允許在較高無機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:

火焰電離探測器(FID)

與pid非常相似，fid在實驗室中經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，實際上所有的有機化合物 包括甲烷都被測量，fid可以非常敏感和線性。但是fid需要氫源，體積龐大，價格昂貴。fid在實驗室或固定場所很好，但目前還 不是便攜式VOC監測的可行選擇。

便攜式GC/MS

這種傳統的實驗室分析儀器正在進入該領域，結果喜憂參半。隨著微機械硅(MEMS)，便攜式MS和便攜式GC可能仍然成為一個 真正的替代品，但成本是令人望而卻步的。它確實有選擇性的優勢——它不是寬帶分析儀。尺寸，成本，對真空泵(MS)的需求和 維護要求使得只有在所有其他方法都失敗時才可以選擇。

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 送到實驗室進行吸附管的熱解吸，然后使用傳統的GC/MS分析。在測量特定問題時，這是最好的技術，但顯然不能實時提供保護。 此外，這些都是平均測量值，而不是特定于點/時間的。

電化學傳感器

你可以用電化學電池測量許多VOCs，分辨率從10到200ppb。這些都是低成本、低功耗、緊湊的傳感器。Alphasense為VOC應用提供ETO-A1傳感器。pid和電化學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電池測量VOC，那么您應該針對目標VOC優化電化學傳感器:每個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。電化學電池的響應時間約為25秒，而pid電池的響應時間為1-2秒。

金屬氧化物半導體傳感器(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、非線性響應和長期漂移等缺點。它們也對無機氣體有反應，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，你就不應該使用它們。不幸的是，當使用MOS技術時，很容易得到假陽性和假陰性。如果要使用MOS，則要求確認長期穩定性和濕度靈敏度。 如果您想要高靈敏度，特別是對PID無法測量的VOCs(即許多cfc)，但不關心精度和交叉靈敏度，MOS傳感器可能提供一個可能的解決方案。

比色(“染色”)管

對特定VOCs進行采樣的成熟技術，比色管已經存在了幾十年，主要由Draeger或Kittegawa提供。它們具有一次性成本低和一定 特異性的優點，但缺點包括處理化學廢物(一次性管通常含有有毒化學物質)，準確性差，人類對顏色變化的解釋，采樣問題和 非連續測量:它們不應該用于保護，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數量級的低濃度揮發性有機化合物和其它的有毒物質。PID是一個高度靈敏、適用范圍廣泛的檢測器。產品精度和分辨率高，可以有效的檢測各種VOC濃度，這些系統的使用為高溫燃燒過程提供了可靠的數據支持，為環保管理和安全生產提供了強大的工具。

審核編輯 黃宇