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光离子化检测器

文章出处:万家博官网 人气:发表时间:2020-07-05 16:42

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  光离子化气体检测器(Photo Ionization Detector,简称 PID)是一种具有极高灵敏度,用途 广泛的检测器,可以检测从极低浓度的 10ppb(亿分之一)到较高浓度的10000ppm (1%) 的挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,简称 VOC)和其它有毒气体。与传统检测方法相比, 它具有便携式,精度高(ppm 级),响应快,可以连续测试等优点。

  光离子化作为一种检测手段已有几十年的发展历史。1974年前后,PID研制取得了突破性进展, 进入了实用阶段。近年来光离子化检测器性能不断得到改进和完善,又为气相色谱化学生物学医学环境保护以及其它技术科学技术领域的应用,提供了新的、有效的检测手段。但对于潜在的 泄漏事故的防范、自动监控报警及处理控制技术则研究较少。所以急需研究一种体积小,功耗低, 高灵敏度,携带方便,可以实时连续测量的气体检测器。

  光离子化检测器与传统检测方法相比, 它具有便携式,精度高,响应快,可以连续测试等优点。它可以为工作人员提供实时的信息反馈,这种反馈可以使检测人员确认他们处于没有暴露于危险化学品之中的安全状态,从而可以 更好的保护检测人员。目前光离子化检测器已广泛应用于各种有机化学品检测中,特别在灾区事故 泄漏检测、事故区域确认和人员防护方面发挥着重要作用。

  这是一种利用微波能量激发常压惰性气体产生的等离子体,作为光源的光离子化检测器(Microwave Photo-ionization detector),以石英或硬质玻璃管材料制作。当样品的组分进入光离子化检测器离子化室后,分子组分被高能量的等离子体激发为正离子和自由电子,在强电场的作用下作定向运动形成离子流并输出信号;当分子的电离能高于光子能量时则不会发生离子化效应。如选用氦气作为放电气体,在理论上可检测一切气化的物质。

  它克服了无窗口式光离子化检测器的许多缺陷,主要由紫外光源和电离室组成,中间由可透紫外光的光窗相隔,窗材料采用碱金属或碱土金属的氟化物制成。在电离室内待测组分的分子吸收紫外光能量发生电离,选用不同能量的灯和不同的晶体光窗,可选择性地测定各种类型的化合物。

  光离子化检测器由真空紫外灯和电离室构成。其工作原理是:待测气体吸收紫外灯发射的高于气体分子

  电离能的光子,被电离成正、负离子,在外加电场的作用下离子偏移形成微弱电流。由于被测气体浓度与光离子化电流成线性关系,因此,通过检测电流值可得知被检测气体的浓度,从而确定被测气体是否超标。其具体原理如图(1)所示:

  待测气体分子吸收光能量到达激发态,激发态再电离成正离子,最后放出电子。

  式中,R*处于超激发态,在外加电场的作用下,电子e和正离子R分别向正、负电极板偏移, 形成光离子化电流被检测。待检测完成之后,正离子和电子将会重新结合,形成原来的物质,所以光离子化检测方法不具有破坏性,待测物质在检测之后,还可以在后续分析中作进一步的研究。

  光离子化检测器系统构成 检测器的系统构成如图(2)所示,其主要部件包括敏感头单元(紫外灯,电离

  室,电极等),信号检测电路,微控制器,显示电路,人机接口电路和声光报警电路等。 被紫外灯电离的待测气体形成了离子,离子在极板电压的作用下,定向移动形成微弱电流。

  在外界条件(电离室结构,紫外灯强度)固定的条件下,电流的大小与气体的浓 度为线性关系。系统采用微弱信号检测电路,实现浓度→微弱电流→电压的线性转换,电压经过 差分放大后输入给单片机,由单片机控制信号的存储和显示,并将电压值转换为相应的浓度值输出。

  (1)光离子化检测器对大多数有机物可产生响应信号,如对芳烃和烯烃具有选择性,可降低混合碳氢化合物中烷烃基体的信号,以简化色谱图。

  (2)光离子化检测器不但具有较高的灵敏度,还可简便地对样品进行前处理。在分析脂肪烃时,其响应值可比火焰离子化检测器高50倍。

  (4) 它是一种非破坏性检测器,还可和质谱、 红外检测器等实行联用,以获取更多的信息。

  (5)光离子化检测器和火焰离子化检测器联用,可按结构区分芳烃、烯烃和烷烃,从而解决了极性相近化合物的族分析问题。它还可与色谱微波等离子体发射光谱相媲美,并且直观,方法简便。

  (6)可在常压下进行操作,不需使用氢气、空气等,简化了设备,便于携带。

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