VOC檢測的新技術——PID光離子化檢測器

什么是VOC？
VOC 是揮發性有機化合物(volatile organic compounds)的英文縮寫。美國ASTM D3960-98
標準將VOC 定義為任何能參加大氣光化學反應的有機化合物。美國聯邦環保署(EPA)的定義：揮
發性有機化合物是除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽和碳酸銨外，任何參加大氣
光化學反應的碳化合物。
世界衛生組織(WHO，1989)對總揮發性有機化合物（TVOC）的定義為，熔點低于室溫而沸
點在50～260℃之間的揮發性有機化合物的總稱。

PID原理
PID是一種光離子化檢測器，主要用來檢測濃度在1ppb-10000ppm數量級的低濃度揮發性有機化合物和其它的有毒氣體。PID是一種用途廣泛而靈敏的檢測器，類似于一款低濃度的LEL檢測器。

PID有一個紫外光源，化學物質在它的激發下產生的正、負離子就能被探測器輕易探測到。
當分子吸收高能紫外線時就產生電離，分子在這種激發下產生負電子并形成正離子。這些電離的
微粒產生的電流經過檢測器的放大，就能在儀表上顯示ppm或ppb級的濃度。這些離子在經過電極
后很快就重新組合到一起變成原來結構的有機分子。在此過程中分子不會有任何損壞；PID不會“燒
毀”也不會改變樣品氣體，這一點使得它可用用來收集樣品。

PID可以檢測的物質

理論上，所有的化學物質都能被離子化，但是它們被電離所需要的能量是不同的。能夠轉移
一個電子和電離一個化合物的能量叫電離能，用電子伏特作為計量單位。紫外燈所發出的能量也
可以用電子伏特來計量。如果某種氣體的電離能低于燈發出的能量那么這種氣體將被電離。
PID可以檢測大多數有機化合物（包括汽油揮發物）：
混合物、碳類化合物。具體包括：
有一個苯環的芳香族化合物包括苯，甲苯，乙苯，二甲苯。
酮和帶一個羰基的醛類化合物包括丙酮，甲基酮和乙醛。
胺和碳氨及氮氨類化合物如二乙基胺
鹵代烴類化合物如三氯乙烯，全氯乙烯
硫化物如硫醇類，磺化物
不飽和鏈烴如丁二烯，異丁烯
醇類如異丙醇，乙醇
飽和鏈烴如丁烷，辛烷

拿加油站的汽油揮發出的VOC舉例

汽油揮發出的氣體成分比較復雜，主要是飽和直鏈烷烴，從碳四到碳十二，其中以碳五到碳
九為主。這些氣體的電離能均小于10..6ev，屬于可以被10.6ev 紫外燈電離的氣體。

為什么不使用LEL 檢測器
汽油揮發出的VOC 確實是易燃物質并且可以被LEL 檢測器(Lower Explosive Limit，**低爆
炸極限)或稱易燃易爆氣體檢測器所檢測到。但是，由于LEL 傳感器較低的靈敏度，還不足以檢測
到低濃度的VOC 氣體，同時無法確認毒性而無法應用于正常汽油的事故之中。也就是說LEL 檢測
的是爆炸性而非毒性。（LEL 傳感器及其應用詳細資料請參考AP-203）
為什么不使用氣體檢測管
幾年來，氣體檢測管一直是氣體檢測的基本部件。它們被廣泛接受并證明能以ppm 水平測量很多
的有毒有害氣體。檢測管的價格不高，但它也有很多的局限性：
氣體檢測管只能提供“點測”，就如同一個寶立來相機。它們無法提供定量分析以及連續的警報
檢測。只用一個檢測管無法提供給操作者一個危險狀況的警報。
“點測”的本質更易于發生測量錯誤。因為它們的采樣量較小，并且現場還存在著空氣流動
等等因素。只有采用100-500 cc/min 的連續監測，才不至于被一時的高或低的讀數蒙蔽。
氣體檢測管的響應比較慢，它們大概需要幾分鐘而不是幾秒鐘給出結果。
氣體檢測管的測量精度大約是25%，此時，如果實際濃度是100ppm，檢測管的讀數可能在
75 到125ppm 之間。
氣體檢測管的讀數更傾向于間斷采樣。
廢棄的檢測管容易產生玻璃和化學污染。
用戶需要大量儲備檢測管以備使用，同時，檢測管還可能存在過期的問題。
氣體檢測管僅局限于常見化合物，許多特定化合物還沒有特殊的解決辦法。
為什么不用MOS 傳感器
半導體或稱MOS 傳感器是一種早期的且不是很貴的便攜式測量儀器。它可以檢測大多數的化
學污染物質。但它們的局限性還是限制了它們在加油站VOC 檢測中的應用。
1、它們的靈敏度很差，一般的檢出限度大約是10 個ppm。
2、它們的輸出是非線性的，這樣就會影響它們的度。MOS 傳感器僅僅是一款對各種有毒
氣體和蒸氣的粗略檢測器，依據它們的非線性輸出獲得的信息來判斷進入決定是很危險的，因為
這種輸出更像用一條米尺測量一張紙的厚度。
3、相對于PID，MOS 的響應時間要慢一些
4、MOS 傳感器更易受到溫度和濕度的影響
5、它們很容易被中毒并且不容易清洗
6、MOS 傳感器是一種“廣譜”檢測器，它們會對各種不同類型的化合物產生反應
為什么不使用氣相色譜/質譜的實驗室分析
低流量泵可以通過吸附管不間斷的抽取樣品并在整個工作日內連續的進行檢測。將這些攜帶
吸附物的吸附管送到實驗室分析。分析后通過氣象色譜和質譜測算出化合物準確的平均濃度。在
工作狀態下，近似濃度和暴露時間，多樣的檢測管和泵的運轉情況都有很大的關系。這使得檢測
變得復雜，并帶來了很高的支出。而特殊的吸附管易被消耗。結果需要花費數天或幾星期時間往
返于實驗室。等到獲得可靠的結果時，工作人員可能已經忘記了工作時暴露在什么物質下了。這
種緩慢的信息反饋使工作人員在實際暴露情況下做出及時的調整是相當困難的。由于暴露數據常
在訓練有素的工作人員之間相互傳遞，所以對數據的默認表達被很自然的規定了下來。
假設一個檢測管是一個“寶立來相片”，那么吸收媒介就是一個35mm 的照相機。吸收媒介可
以得出很好的結果，但你必需等待膠片被沖印出來。然而，采樣做實驗室檢測又是十分昂貴的。
為什么不使用便攜式GC/MS
氣相色譜/質譜（GC/MS）具有很高的選擇性，卻是非連續測量。它也是“點測”而無法提供
連續的警報測量。因為它們的采樣量較小，并且現場還存在著空氣流動等等因素。只有采用
100-500 cc/min 的連續監測，才不至于被一時的高或低的讀數蒙蔽。
同時，目前還沒有可以由工作人員帶在身上的便攜式的和堅固的GC/MS 儀器，同時，GC/MS
還僅是一個即時而非預防手段， 它僅僅能報告發生了什么。一個色譜更多地提供了“點測”的照
片結果而不是一個連續的、即時的影像。**后一點，GC/MS 在儀器價格上也比較貴。
為什么不使用火焰離子化檢測器(FID)
火焰離子化檢測器(FID)是一種廣譜的有機化合物檢測器而不具備選擇性。但它們的線性是非
常好的。它們用于現場檢測的主要局限在于它們較大的重量和體積，以及需要配置一個氫氣瓶，
這樣一來，就很難保證它們在加油站這樣的危險環境中儀器本身的本質安全。FID 相對較貴、維
護繁瑣等因素也限制了它在環保領域的應用。PID 和FID 都是常見的有機化合物檢測器，很多人
都想知道二者在技術上的不同，但這種不同更多的是一種偏愛。FID 和PID 之間的不同就如同米
尺和市尺之間的不同。它們都可以有效地測量同一種物質，但是，由于PID 更小巧一些，更容易
使用和更安全，它要比FID 更加普遍地應用于工業領域。

氣體檢測的新技術——PID光離子化檢測器