光離子化檢測器 （Photo Ionization Detectors，簡稱PID）可以檢測極低濃度(0-2000 ppm) 的揮發(fā)性有機化合物（VOC，Volatile Organic Compounds）和其它有毒氣體。

很多發(fā)生事故的有害物質（HazMat，Hazardous Material)都是VOC，因而對VOC檢測具有極高靈敏度的PID就在環(huán)境應急事故檢測中有著無法替代的用途：

一般意義上的VOC到底包括哪些物質？

從某種意義上講，VOC是保證工業(yè)的發(fā)展的化學物質，包括：

為什么不使用LEL檢測器？

很多VOC確實是易燃物質并且可以被應用于很多多氣體檢測器中配備的LEL(LowerExplosive Limit)或稱易燃易爆氣體檢測器所檢測到。但是，由于LEL傳感器的較低的靈敏度還不足以確認毒性而無法應用于應急事故之中。

換句話說，LEL傳感器檢測的是爆炸性而非毒性。

1) LEL傳感器檢測的是爆炸性而非毒性。

LEL傳感器測量的是爆炸下限的百分比，例如，汽油的爆炸下限是1.4%，因而， 100% LEL 就是14,000 ppm 的汽油。10% LEL 是1,400 ppm的汽油，1% LEL是140 ppm的汽油。140 ppm是LEL傳感器可以檢測到的*小的汽油蒸氣量。汽油的TWA值（時間加權平均值）是300 ppm 而其STEL（短期暴露水平）是500 ppm，這些，再加上LEL傳感器的較差的分辨率都說明LEL不適合于檢測汽油泄露。LEL傳感器測量的是爆炸性而不是毒性。實際上，很多VOC（有機化合物）即使在其濃度遠遠低于LEL傳感器靈敏度時就已經(jīng)具有了很大的毒性。

2) LEL 傳感器是專用于測量甲烷氣體的。

*初，LEL傳感器是專門用于解決測量煤礦中甲烷濃度問題的。大多數(shù)的LEL傳感器都采用測量易燃氣體在催化極上燃燒產(chǎn)生熱量的惠斯通電橋的原理。此時，溫度升高引起電阻的變化，儀器對其進行測量并轉化為% LEL。

3) LEL傳感器的局限性：

兩種基理影響著LEL傳感器的性能并影響著它們有效地測量非甲烷氣體：

氣體在燃燒時的熱量輸出不同

 "較重的" 碳氫化合物蒸氣更難一些擴散到LEL傳感器上所以其熱量輸出也低一些。

有些氣體燃燒產(chǎn)生熱量較多而另一些可能相對小一些。這些物理性質的不同導致了使用LEL傳感器時的不便。比如100% LEL甲烷(5%體積甲烷) 產(chǎn)生的熱量就相當于100%LEL丙烷(2.0%體積)的兩倍。

有些"較重的"碳氫化合物可能很難擴散通過LEL傳感器的防火屏蔽金屬網(wǎng)。在LEL傳感器上，這個網(wǎng)是用來避免傳感器本身回火引燃環(huán)境并允許象甲烷、丙烷和乙烷等通過到達傳感器的惠斯通橋的電極表面。然而，象汽油、煤油、溶劑等擴散通過這個網(wǎng)的速度較慢，因而到達電橋的量也少，也即輸出較低。

4) 惠斯通電橋式的LEL傳感器的靈敏度是以甲烷為代表的。

根據(jù)下表，汽油在惠斯通電橋上產(chǎn)生的熱量大約是甲烷的一半。因此，其產(chǎn)生的信號也是甲烷的一半。如果用甲烷標定的LEL檢測汽油蒸氣，儀器顯示的讀數(shù)就是實際濃度的一半。例如，在甲烷標定的情況下，如果LEL顯示空氣中汽油混合物的50% LEL，實際的由于一半輸出，LEL就大約是100%

當然，LEL的讀數(shù)可以用你所測量的氣體進行校正。比如，上表表明，丙烷的響應更接近于大多數(shù)的VOC，因此也有很多的制造商用丙烷校正他們的儀器。也可以在儀器用甲烷校正后使用校正系數(shù)進行待測氣體校正，即以電方法來使得儀器得到正確的讀數(shù)。由于甲烷是*先到達傳感器表面，所以用甲烷進行校正更適合于這類儀器。然而，即使使用了合適的校正系數(shù)，LEL傳感器還是因為缺乏足夠的測量PPM量級的靈敏度而無法進行VOC的毒性測量。

PPM:量級的測量--氣體傳感器的新奉獻

當密閉空間監(jiān)測器開始用于**市場時，它還只是用于保護人員不至于由于毒性和爆炸性的立即傷害。簡單講，LEL可以保證工人今夜**回家。而當氣體檢測器進入市場，即以注重實用、**、衛(wèi)生和應急而側重于有毒氣體和蒸氣對于人類的長期影響的監(jiān)測。為達此目的，儀器必須可以監(jiān)測到百萬分之一（PPM）的有毒氣體的量，此時，PID可以保證工人安渡晚年。目前，我們有以下幾種方法測量PPM級的VOC：

?  比色管：缺乏精密度，還有其它一些缺點

?  金屬氧化物傳感器：缺乏精密度和靈敏度

?  便攜式氣相色譜/質譜：選擇性和精密度均佳，但無法連續(xù)測定并且價格昂貴

?  FID(火焰離子化檢測器)：局限性在于體積重量較大，并且需要瓶裝氫氣

?  PID: *為適用，一個PID是在很多應急事故中的*佳選擇，它可以提供可信的響應

為什么不使用比色管？

幾年來，比色管(代表性產(chǎn)品是"Drager"比色管)一直是應急事故中氣體檢測中的基本部件。它們被廣泛接受并證明可以以PPM水平測量很多的有毒有害氣體。比色管的價格不高，但它也有很多的局限性：

比色管只能提供"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(xù)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(fā)生測量錯誤。因為它們的采樣量較小，并且現(xiàn)場還存在著空氣流動等等因素。只有采用100-500 cc/min的連續(xù)監(jiān)測，才不至于被一時的高或低的讀數(shù)蒙蔽。

比色管的響應比較慢，它們大概需要幾分鐘而不是幾秒鐘給出結果。

比色管的*好的測量精度大約是25%，此時，如果實際濃度是100PPM，管的讀數(shù)可能在75到125PPM之間。

?  管的讀數(shù)更傾向于間斷采樣。

?  廢棄的比色管容易產(chǎn)生玻璃和化學污染。

?  用戶需要大量儲備比色管以備使用，同時，比色管還可能存在過期的問題。

?  比色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和不是很貴的便攜式測量儀器。它也可以檢測大多數(shù)的化學物質。但它們的局限性還是限制了它們在應急事故中的廣泛應用。

它們的靈敏度度很差，一般的檢出限度大約是10PPM

它們的輸出是非線性的，這樣就會影響它們的**度。MOS僅僅是一種各種有毒氣體和蒸氣的粗略檢測器，依據(jù)它們的非線性輸出得到的可以或不可以進入的決定是很危險的，因為這種輸出更象用一條米尺測量一張紙的厚度。

相對于PID，MOS的響應時間要慢一些

MOS傳感器更易受到溫度和濕度的影響

它們很容易被中毒并且不容易清洗

MOS傳感器是一種"寬帶"檢測器，它們會對各種不同類型的化合物產(chǎn)生反應

便攜式GC/MS

氣相色譜/質譜（GC/MS）具有很高的選擇性，但是非連續(xù)測量。它也是"點測"而無法提供連續(xù)的警報測量。因為它們的采樣量較小，并且現(xiàn)場還存在著空氣流動等等因素。只有采用100-500 cc/min的連續(xù)監(jiān)測，才不至于被一時的高或低的讀數(shù)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(fā)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(xù)的、即時的影像。*后一點，GC/MS在儀器價格上也比較貴。

火焰離子化檢測器(FID)

火焰離子化檢測器(FID)是一種寬帶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(xiàn)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，就很難保證它們在危險環(huán)境中儀器本身的本質**。FID相對較貴、維護繁瑣也限制了它在工業(yè)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**，它要比FID更加普遍地應用于工業(yè)領域。

光離子化檢測器(PID)

一個PID可以看成是沒有分離柱的氣相色譜儀，因而PID可以提供**的**度。許多人認為：盡管PID對很多PPM級的有毒化合物具有很好的靈敏度和準確度，但它由于缺乏選擇性而用途不大。其實，大多數(shù)的其它方法，包括：比色管、MOS傳感器和FID檢測器的選擇性也不是很好。PID的優(yōu)勢正在于它沒有選擇性，它是一種小巧的、連續(xù)測量的檢測器，它可以為工作人員提供實時的信息反饋。這種反饋可以使工作人員確認他們處于沒有暴露于危險化學品之中的**狀態(tài)而更好地完成他們的任務。就如同攝像機一樣，PID是連續(xù)測量的，并且它的結果還可以記錄（采集數(shù)據(jù)）或者立即"回放"（瀏覽數(shù)據(jù)）。

為什么PID還不是那么普遍？

1970年，PID已經(jīng)開始從實驗室中走到現(xiàn)場用于化學品污染調查。但此時，它使用起來還很麻煩，但此時PID可以不需費錢費時的實驗室測試就能定義污染物質的存在的能力還是使得PID成為很多環(huán)境清理工業(yè)不可缺少的工具。正是因為它的**的檢測能力，某些應急事故處理隊也認定PID對他們非常重要。但是此時PID的缺點：比如購置和維護費用較高、承受力較差、體積重量較大、對濕度和輻射較為敏感等都限制了PID在應急事故處理中的更為廣泛的應用。

PID現(xiàn)在已經(jīng)成為*為有利的有機化合物檢測的工具：

PID可以0.001ppm的分辨率測量0-10000 ppm的有機物質，所以它是測量可以在很低濃度即可致癌的汽油（還有其它有毒氣體和蒸汽）的*為合適的方法。PID提供了預防長期中毒的*好保護。PID技術上的突破克服了原有PID的缺點從而為應急事故處理提供了迄今*為有力工具。PID可以在各種情況提供**測量的能力，可以在以下的有機化合物測量過程中發(fā)揮重要作用：

?  ·初始個人防護確定

?  ·泄漏檢測

?  ·事故區(qū)域確認

?  ·泄漏物確認

?  ·**污染

初始個人防護確認

在接近可能事故發(fā)生地之時，救援人員必須首先確認個人防護設備（PPE，Personal Prot-ective Equipment），有些"可能"的事件也許并不是事故而無須任何個人防護;而有些事故開始并沒有任何污染跡象，但卻需要特別的個人防護。還沒有哪個檢測器可以為救援人員提供所有的答案，但PID卻可為此提供圓滿解決。對于很多事故，PID可以讓救援人員確定自己周圍是否存在有毒氣體或蒸氣。

一個鐵路工作人員向應急救援中心報告：一個在濕熱環(huán)境（35℃，95%RH）中，一輛罐車發(fā)生泄漏。根據(jù)描述，這個罐車裝載的是液苯。由于苯的毒性（個人暴露水平為1 ppm），救援人員決定采用A級防護。但是，由于現(xiàn)在的溫度很高，穿帶如此裝備會給救援人員帶來更多傷害。

*后經(jīng)過各種努力，確認"泄漏"的罐車下面的滴液是冷凝下來的水滴而不是泄漏出來的苯。原來，該罐車曾存放在20℃的庫房中，內部液苯的低溫加上外面的高溫和高濕出現(xiàn)了水的冷凝.

實際上，使用PID就可以幫助救援人員很容易確認是否有"可離子化"蒸氣存在。因為根據(jù)記錄，已知罐車中裝的是苯，而苯是非常容易"離子化"的。救援人員就可以用PID判斷是否有苯蒸氣存在。這樣一來，不僅減少了確定泄漏的費用，而且避免由于穿帶A級防護服帶來的高熱傷害

用PID進行泄漏檢測

通常，泄漏并不是很容易看得到，而在有效制止泄漏之前，一定要確定泄漏的地點。任何情況下，任何氣體或蒸氣都是從其源頭擴散出來的，而在擴散以后，則會被周圍的空氣稀釋直到某些地方檢測不到該物質的存在，這樣一來，就建立了一個濃度梯度，即當氣體完全擴散后，由濃度*高的源頭到稀釋為零，也就是濃度的變化。    只要我們可以檢測到，用PID可以測量并且"看到"很多氣體和蒸氣的濃度梯度。我們用PID，就象用"蓋革計數(shù)器"那樣"看"到濃度梯度，并且跟隨濃度的增加發(fā)現(xiàn)源頭。PID泄漏檢測能力不僅可以快速找到危險源頭，而且可以節(jié)省很多時間和費用。

使用PID進行危險范圍確認：

當應急事故人員接近了事故地點后，就要根據(jù)氣體或蒸氣的毒性、溫度、風向和其它因素決定危險范圍。

然而，危險范圍的確認通常是由沒有很多經(jīng)驗的人員人為設定的。當條件變化時，由于外圍人們沒有識別條件變化的經(jīng)驗而無法隨時調整危險范圍。而此時，經(jīng)驗豐富的應急事故處理人員還在集中力量于漏液本身。這樣一來，外圍人員就有可能由于條件的變化而處于危險狀態(tài)，因為此時危險范圍已經(jīng)需要外圍人員撤退出來了。對于大多數(shù)的事故，使用PID就可以隨時根據(jù)條件的變化改變危險范圍的劃定。PID可以隨時為外圍人員提供實時的警報從危險地帶撤退。

下圖是一個實際事故的解釋：在清晨，由于溫度不高，風力不大，所有傾覆的有毒液體罐車的泄漏范圍還不是很大。但到了中午，由于溫度和風向的變化，原來認為是**的地方，現(xiàn)在已經(jīng)處于十分危險的境地。而這種時時的變化，用PID是很容易隨 時加以檢測的。

數(shù)據(jù)采集的工具：

利用PID的數(shù)據(jù)采集功能，應急救援人員可以得到現(xiàn)場暴露水平的記錄以及確認事故起因的判據(jù)。一旦事故發(fā)生，工作人員就可以進行記錄。 

        PID作為漏液確認

在事故現(xiàn)場可能會有各種各樣的液體存在，比如水、燃料、機器油、以及滅火泡沫等等，此時，使用PID就可以迅速判斷液體的種類而節(jié)省很多時間。PID可以迅速反映漏液是危險物質還是僅僅是水或其它非揮發(fā)性物質。  

 使用PID進行污染情況判斷

危險物質對人的危害是不言而喻的，在事故現(xiàn)場工作后，要迅速確認工作人員是否受到危險物質的沾污，或者該污染已被徹底消除。同時，工作人員還需要迅速判斷那些防護服未被污染而可以繼續(xù)使用。用PID就可以快速解決這些問題。對于受到污染的地方，PID會立即給出正響應，而對那些已清理干凈或未被污染的地方則沒有反應。

在燃料泄漏事故中，消防人員經(jīng)常會遇到防護服沾污很多汽油的情況，這對于消防人員自身是非常危險的。用PID就可以快速判斷這種危險是否存在。

使用PID進行善后工作

    任何應急事故處理的*終目的都是對漏液進行控制和**。危險物質通常是對周圍的水和土壤產(chǎn)生污染。相關單位（社區(qū)、州、縣）都要確認這些污染的濃度以便決定是否進行進一步的善后工作。如果僅僅是油料泄漏而且又已經(jīng)被道路完全吸收的話，就沒有必要再進行處理了。

    然而，如果油料已經(jīng)污染，并且已經(jīng)沾污了周圍的土壤和水體，情況就不同了。有些當局要求如果TPH (Total Petroleum Hydrocarbons全石油碳氫物)在100 ppm以上就需要做進一步處理，而如果低于該值則無需處理。此時，PID就成為了對當局和應急事故人員的一個*為有效的工具，他們就可以迅速對土壤進行測定而作出決定而不會失去更好的時機。

什么是PID？

光離子化檢測器可以測量0.001到15000 ppm的VOC和其它有毒氣體。PID是一個高度靈敏的寬范圍檢測器，可以看成一個"低濃度LEL檢測器"。如果將有毒氣體和蒸氣看成是一條大江的話，即使你游入大江，LEL檢測器可能還沒有反應，而PID則在你剛剛濕腳的時候就告知你。

PID是怎樣工作的？

PID使用了一個紫外燈（UV）光源將有機物打成可被檢測器檢測到的正負離子（離子化）。檢測器測量離子化了的氣體的電荷并將其轉化為電流信號，電流被放大并顯示出"PPM"濃度值。在被檢測后，離子重新復合成為原來的氣體和蒸氣。PID是一種非破壞性檢測器，它不會"燃燒"或長久性改變待測氣體，這樣一來，經(jīng)過PID檢測的氣體仍可被收集做進一步的測定。

離子化電位

所有的元素和化合物都可以被離子化，但在所需能量上有所不同，而這種可以替代元素中的一個電子，即將化合物離子化的能量被稱之為"電離電位"（IP），它以電子伏特（eV）為計量單位。由UV燈發(fā)出的能量也以eV為單位。如果待測氣體的IP低于燈的輸出能量，那么，這種氣體就可以被離子化。

簡單化的PID操作

這個說起來比較復雜，簡單講，PID通過燈的能量將氣體和蒸氣打碎，如果氣體和蒸氣的能量低于燈的能量，PID就可以"看見"氣體和蒸氣，反之，PID就"看"不到它們。換句話說，一個配75W燈的PID可以"看見"50W的氣體卻"看"不到85W的氣體?，F(xiàn)在，我們將燈的能量和氣體的能量（IP）都用同一個單位"eV"來統(tǒng)一，IP（電離電位）表示的是化合物中鍵的強度。

苯的IP是9.24 eV，它可以被標準配置的PID（配10.6 eV）所"看"到。氯甲烷的IP是11.32 eV，它只能被11.70 eV的PID"看"到。一氧化碳的IP是14.01 eV，它就不可能被PID離子化。我們可以從各類化學手冊上和RAE提供的資料上查到各類物質的IP值。

PID到底能測量那些物質？

大量的可以被PID檢測的是含碳的有機化合物。包括：

芳香類：含有苯環(huán)的系列化合物，比如：苯，甲苯，萘等等。

酮類和醛類：含有C=O鍵的化合物。比如：丙酮，等等

氨和胺類：含N的碳氫化合物。比如二甲基胺等等

鹵代烴類：硫代烴類

不飽和烴類：烯烴等等

醇類

除了有機物，PID還可以測量一些不含碳的無機氣體

氨、半導體氣體：砷、硒等，溴和碘類等等

PID不能測量那些物質？

    放射性，空氣(N2, O2, CO2, H2O)，常見毒氣(CO, HCN, SO2)，天然氣(甲烷、乙烷、丙烷等)，酸性氣體(HCl, HF, HNO3)，氟力昂氣體，臭氧，非揮發(fā)性氣體等等。

什么是校正系數(shù)？

    校正系數(shù)(CF，也稱之為響應系數(shù))是使用PID時特別要注意的一個參數(shù)。它們代表了用PID測量特定氣體的靈敏度。它用在當以一種氣體校正PID后，通過CF直接得到另一種氣體的濃度，從而減少了準備很多種標氣的麻煩。

1) CF 代表了測量的靈敏度

    CF值越低，該種氣體或蒸氣的靈敏度就越高。苯的CF值是0.53，它的檢測靈敏度大概是CF為9.9的乙烯的18倍。通常情況下，PID可以很好地測定CF為10以下的各種物質。RAE公司可以向用戶提供各種物質的CF表格，同時還在儀器的微處理器中存儲了一些常見物質的CF值。

2) 在測量純氣體時，可以用CF調整儀器的靈敏度。

    校正系數(shù)通過與校正氣體比較直接得到待測氣體的濃度。例如：苯的靈敏度大約是常用校正氣體（CF=1.00）的兩倍，這樣一來，當我們用異丁烯校準過的儀器測量2PPM的苯時，我們可以有下面的建議：

?用讀數(shù)直接乘以0.53，我們就會得到實際苯的濃度2 ppm

?另外，我們還可以將儀器的校正系數(shù)直接設定為0.53，從而直接得到苯的濃度

?PID的微處理器可以自動存儲并使用很多氣體的CF。

    這樣，我們就可以預置這些參數(shù)，使儀器自動讀出待測氣體的濃度。

    RAE已經(jīng)測定了大多數(shù)氣體的校正系數(shù)。校正系數(shù)隨不同的儀器和制造商可能會有些不同，所以建議用戶使用制造商提供的校正參數(shù)。所以選擇一個可以提供比較多CF的制造商也是應當考慮的。

如何知道PID能否測量某種氣體？

首先，看氣體的IP是否比PID燈的輸出能量低：

?  如果回答是，進行下面的**步

?  如果回答不，則PID無法檢測到它

?  如果不知道，詢問制造商看是否CF值小于10，

?  如果是，則PID是一個*佳的測量手段

?  如果不是，則PID可能不能準確的測定該種氣體，但PID仍然可以作為一個比較好的估計和檢測的工具，如果不知道，詢問制造商PID的燈能量，9.8 &和10.6 eV，以及11.7 eV。

選擇性和靈敏度

PID是一種可以在PPM水平非常**和靈敏的檢測器。然而，PID不是一種具有選擇性的檢測儀器。它區(qū)分不同化合物的能力比較差。為形象化地說明這個問題，我們用一把尺子來舉例。用于測量一張紙的寬度的尺子可以說是一個靈敏和**的工具，但它卻無法區(qū)分灰色和白色紙之間的區(qū)別。因此，如果你要想知道灰色紙的寬度，首先要選擇合適的紙張。我們用我們自己的頭腦來選擇灰色的紙，同樣，如果你要測量黃色紙的寬度，首先你要用你的頭腦來選擇一個黃色紙。

PID就同這個尺子類似，它可以告訴你有多少氣體和蒸氣存在，但我們要用我們的頭腦去判斷什么氣體和蒸氣存在。當我們接近一個未知的化學泄漏地點時，此時的PID還是用異丁烯標定的。一旦我們通過標記、貨物清單、運單或其它方式知道了化學物質的種類，就可以調整PID的靈敏度直接讀出待測物質的濃度。例如，如果我們正用乙丁烯校正的儀器測量1PPM的苯，儀器顯示是2PPM，因為后者的靈敏度是前者的兩倍。一旦我們確認了化學物質是苯，就可以將PID的靈敏度調整到苯的校正系數(shù)，此時，儀器就可以準確地測量1PPM的苯了。

PID，一個精巧嚴謹?shù)?*工具

PID是可以用于應急事故中的靈敏的、可以**測定各類化學品的**手段。正如，放大鏡的發(fā)現(xiàn)使我們更清晰地辨認指紋，PID可以讓救援人員可以立即檢出危險物質的存在并可進一步地對其定量測量。放大鏡是無法自己認定指紋的，但**的檢驗人員就可以利用放大鏡頭更快更準地進行判斷。對于有毒氣體也是一樣，PID無法判定有毒氣體和蒸氣，但有經(jīng)驗的救援人員卻可以利用PID更快地進行判斷并且可以進行準確的測定。由于人們越來越關注低濃度的化學品泄漏問題，PID準確的現(xiàn)場測量為救援人員提供了一個極好的幫助。PID可以幫助他們在處理大多數(shù)的應急事故時進行確認和檢測 。