VOC检测新技术—PID传感器

赵敏 0 2022-02-24

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PID传感器

加油站的VOC如何检测？除了传统的GC-FID与GC-MS方法，今天小析姐委大家介绍一种当下备受关注的快检技术PID传感器，PID传感器是一种光离子化传感器，能检测0-10000ppm浓度的挥发性有机化合物和其他的有毒气体。

近年来，国家对挥发性有机物的管控越来越严格，对加油站的环境管理也随之纳入监管。目前国内加油站的收发油以汽油为主，汽油具有沸点低（50～200e）、自身容易挥发等物理特性，因此，加油站容易产生烃类VOCs。

加油站产生VOC的重要环节

通常情况下，加油站中VOC主要产生于装卸和加油作业2个环节中：

装卸油品时，油罐车通过输油管道向储罐内卸油，罐内液面上升，形成正压，罐内饱和油蒸气由通气管排向大气（这一过程也被称为“大呼吸”）；

在加油时，由于由于加油枪与油箱口的非密接，使得大量油气从油箱口排出进入大气。

除此之外，油品在储存时，受环境温度变化的影响，罐内饱和油气也存在着呼吸损失，不过这一部分排放相对较少。

挥发性有机物（VOC）是形成臭氧的重要前体物，来自于生产和生活的方方面面，主要来源是石化、化工、油品储运销等领域。

根据环境部印发《2019年地级及以上城市环境空气挥发性有机物监测方案》要求，全国337个地级及以上城市均要开展环境空气非甲烷总烃(NMHC)和VOCs组分指标监测工作。

VOC在线监测系统针对空气中存在的VOC气体，将无线传输技术、数据库技术、软件技术与传感检测技术结合，实时监测加油站排放气体中的温度、湿度、VOC浓度等相关参数，通过逻辑判断和智能分析，输出VOC等级和报警信号，从而达到完善和提升大气环境远程监测和预警能力，在环境恶化时及时提醒处理。

加油站VOC在线监测系统中可以采用PID传感器来实时监测VOC气体，PID传感器是一种光离子化传感器，能检测0-10000ppm浓度的挥发性有机化合物和其他的有毒气体。

对于仪器分析的小伙伴，可能对GC-FID（氢火焰离子化检测器）与GC-MS（气质联用仪）使用更清楚，但是还有一种检测VOC的方法就是PID检测，其中GC-FID和GC-MS都是用来检测VOC气体总值的，在混合气体环境中不能检测出单独某一种VOC气体。GC-FID与GC-MS也可以测出具体某一种VOC气体成分，但价格昂贵，且体积大。其中PID传感器体积小、价格低廉、工作条件简单、能耗低，更适合作为便携式检测器。

表1 VOC检测方法对比

参数	GC-MS	GC-FID	PID
使用方式	氦气瓶	氮气瓶、氢气瓶、空气瓶	便携式
重量	非常重	较重	很轻
尺寸	体积非常大	体积较大	很小
检测范围（ppm）	更宽	0～50000	0～10000
数据线性	全范围线性较好	全范围线性较好	低浓度线性良好
选择性	无选择性	无选择性	低能量灯增加选择性
检测气体	VOC气体	VOC气体	VOC气体、某些无机气体
样品	破坏检测	破坏检测	无损检测可回收
操作使用	极为复杂	较为复杂	简便简洁
检测费用	极其高	高	极低
检测速度	极其慢	慢	极快

我们今天重点讲一下PID（光离子化检测器）。

光离子化气体传感器（简称PID），利用高能量的紫外光来使检测物从分子状态离子化成离子和电子从而检测目标物质。因此光离子检测器包括：空紫外源或者紫外灯、驱动紫外灯电子系统、气体离子化室以及离子和电子收集电极。如果把这些都打包在一起就构成 PID 传感器。

PID传感器原理介绍

PID使用了一个紫外灯（UV）光源将有机物分子电离成可被检测器检测到的正负离子（离子化）。检测器捕捉到被离子化的气体的正负电荷并将其转化为电流信号实现气体浓度的测量。

当待测气体吸收高能量的紫外光时，气体分子受紫外光的激发暂时失去电子成为带正电荷的离子。气体离子在检测器的电极上被检测后，很快与电子结合重新组成原来的气体和蒸气分子。PID是一种非破坏性检测器，它不会”燃烧”或永久性改变待测气体分子，经过PID检测的气体仍可被收集做进一步的测定。

理论上，所有的化学物质都能被离子化，但是它们被电离所需要的能量是不同的。如果某种气体的电离能低于灯发出的能量，那么这种气体将被电离，也就能被PID所检测到。

PID的分类及检测物质范围

PID一般能够检测大多数挥发性有机物VOC和少量气态无机物质。但是也有少量VOC不能被检测。

PID 能否检测某种 VOC 是根据 PID 灯的输出能量和 VOC 的电离能（IP）来判断。如果PID 紫外灯的输出能量大于VOC 分子的电离能，PID 就能检测这种 VOC。

PID 紫外灯的能量是由灯内惰性气体以及紫外灯窗口材料决定，常用紫外灯分为9.8eV、10.6eV 和 11.7eV 的三种灯。

由于紫外灯的窗口处理以及制作工艺不同，一般灯的寿命和性能顺序：10.6eV > 9.8 eV > 11.7 eV。一般体积大的灯在长期稳定性、灵敏度以及寿命方面要好于体积小的灯。

10.6eV 紫外灯：它能检测所有的碳氢化合物包括一些 2 个碳，大多数 3 碳和所有 4 个碳以上的挥发性有机化合物（VOC）。

1、除了甲烷、乙烷、丙烷、乙炔以及有些带卤素化合物，它能检测所有的烷烃、烯烃、炔烃。

2、除了甲醇、甲醛和大多数带氟、氯、溴之外的所有醇、醛、酮和脂类VOC。

3、所有胺类和有机硫化物。

9.8eV 紫外灯：比较适合检测芳香族和6 碳或者以上不饱和有机化合物。例如苯、甲苯、乙苯、二甲苯。

11.7eV 紫外灯：能够检测所有 10.6eV 紫外灯能够检测的 VOC，加上甲醇、甲醛、乙炔以及大多数带氟、氯、溴的有机化合物。

表2 PID传感器类型

紫外灯能量（eV）	9.6eV	10.6eV	11.7eV
紫外灯寿命	6个月	12～24个月	6个月
检测气体种类	114	250	300

大多数有机和部分无机气体均可用光离子传感器进行检测，可以广泛应用于化工、运输等领域。由于光离子化气体传感器对于检测物的浓度变化特别敏感，在初始个人防护确认、泄露区域确认、清除污染等方面也发挥着重要作用。

责任编辑：展源

审　　核：何发

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