Alphasense PID光離子化傳感器技術詳解及其在VOCs檢測中的應用

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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= 9.6 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200 ppb。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。

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