Фотоионизационный детектор - Photoionization detector

А фотоионизационный детектор или же PID это тип Детектор газа.

Типовые фотоионизационные детекторы измерения летучие органические соединения и другие газы в концентрациях от суб частей на миллиард до 10 000 частей на миллион (ppm). В фотоионизация Детектор - это эффективный и недорогой детектор для многих анализируемых газов и паров. ФИДы выдают мгновенные показания, работают непрерывно и обычно используются в качестве детекторов для газовая хроматография или как переносные портативные инструменты. Ручные версии с батарейным питанием широко используются в военных, промышленных и закрытых рабочих помещениях для обеспечения здоровья и безопасности. Их основное использование - мониторинг возможного воздействия на рабочих летучих органических соединений (ЛОС), таких как растворители, топливо, обезжириватели, пластмассы и их прекурсоры, теплоносители, смазочные материалы и т. Д. Во время производственных процессов и обращения с отходами.

Переносные PID используются для мониторинга:

• Промышленное гигиена и безопасность
• Относящийся к окружающей среде загрязнение и восстановление
• Опасные материалы умение обращаться
• Аммиак обнаружение
• Нижний предел взрываемости измерения
• Поджог изучение
• В помещении качество воздуха
• Чистая комната обслуживание объекта

Принцип

В фотоионизационном детекторе высокой энергии фотоны, как правило, в вакуумный ультрафиолет (VUV) диапазон, перерыв молекулы в положительно заряжен ионы. Когда соединения попадают в детектор, они бомбардируются ультрафиолетовыми фотонами высокой энергии и ионизированный когда они поглощают УФ-свет, что приводит к выбросу электронов и образованию положительно заряженных ионов. Ионы производят электрический ток, какой сигнал выход детектор. Чем выше концентрация компонента, тем больше образуется ионов и больше ток. Текущий усиленный и отображается на амперметр или цифровой дисплей концентрации. Ионы могут подвергаться многочисленным реакциям, включая реакцию с кислородом или водяным паром, перегруппировку и фрагментацию. Некоторые из них могут повторно захватить электрон в детекторе, чтобы преобразовать свои исходные молекулы; однако только небольшая часть содержащихся в воздухе аналитов ионизируется, поэтому практическое воздействие этого (если оно происходит) обычно незначительно. Таким образом, ФИДы являются неразрушающими и могут использоваться перед другими датчиками в конфигурациях с несколькими детекторами.

PID будет реагировать только на компоненты, которые энергии ионизации подобна или ниже энергии фотонов, производимых лампой ФИД. Как автономные детекторы, ФИД являются широкополосными и неселективными, так как они могут ионизировать все с энергией ионизации, меньшей или равной энергии фотонов лампы. Наиболее распространенные коммерческие лампы имеют верхние пределы энергии фотонов приблизительно 8,4 эВ, 10,0 эВ, 10,6 эВ и 11,7 эВ. Все основные и второстепенные компоненты чистого воздуха имеют энергию ионизации выше 12,0 эВ и, таким образом, не оказывают существенного влияния на измерение ЛОС, которые обычно имеют энергию ионизации ниже 12,0 эВ.^[1]

Типы ламп и определяемые соединения

Эмиссия фотонов ФИД лампы зависит от типа заполняющего газа (который определяет производимую световую энергию) и окна лампы, которое влияет на энергию фотонов, которые могут выйти из лампы:

Основная энергия фотона	Заправить газ	Материал окна	Комментарии
11,7 эВ	Ar	LiF	Недолговечный
10,6 эВ	Kr	MgF2	Самый надежный
10,2 эВ	ЧАС2	MgF2
10,0 эВ	Kr	CaF2
9,6 эВ	Xe	BaF2
8,4 эВ	Xe	Al2О3

Лампа на 10,6 эВ является наиболее распространенной, поскольку она имеет высокий выходной ток, самый долгий срок службы и реагирует на многие соединения. В приблизительном порядке от наиболее чувствительных к наименее чувствительным эти соединения включают:

• Ароматика
• Олефины
• Бромиды и йодиды
• Сульфиды и меркаптаны
• Органические амины
• Кетоны
• Эфиры
• Сложные эфиры и акрилаты
• Альдегиды
• Спирты
• Алканы
• Некоторые неорганические вещества, включая NH₃, H₂S и PH₃

Приложения

Первое коммерческое применение фотоионизационного детектора было в 1973 году в качестве портативного прибора для обнаружения утечек ЛОС, в частности мономера винилхлорида (VCM), на химическом производстве. Фотоионизационный детектор был применен в газовой хроматографии (ГХ) три года спустя, в 1976 году.^[2] ФИД является высокоселективным в сочетании с хроматографической техникой или трубкой для предварительной обработки, такой как пробирка для бензола. Более широкое снижение селективности для легко ионизируемых соединений может быть получено при использовании УФ-лампы с меньшей энергией. Эта селективность может быть полезна при анализе смесей, в которых представляют интерес только некоторые компоненты.

PID обычно калибруется с помощью изобутилен и другие аналиты могут давать относительно больший или меньший отклик в зависимости от концентрации. Хотя многие производители ФИД предоставляют возможность запрограммировать прибор с поправочным коэффициентом для количественного определения конкретного химического вещества, широкая избирательность ФИД означает, что пользователь должен знать тип газа или пара, который будет измеряться с высокой точностью.^[1] Если поправочный коэффициент для бензола вводится в прибор, но вместо этого измеряется пар гексана, более низкий относительный отклик детектора (более высокий поправочный коэффициент) для гексана приведет к недооценке фактической концентрации гексана в воздухе.

Матричные газовые эффекты

С помощью газового хроматографа, фильтрующей трубки или другого метода разделения перед ФИД обычно избегают матричных эффектов, поскольку аналит поступает в детектор изолированным от мешающих соединений.

Реакция на автономные ФИД обычно линейна от диапазона частей на миллиард до, по крайней мере, нескольких тысяч частей на миллион. В этом диапазоне реакция на смеси компонентов также линейно аддитивна.^[1] При более высоких концентрациях отклик постепенно отклоняется от линейности из-за рекомбинации противоположно заряженных ионов, образующихся в непосредственной близости, и / или 2) поглощения УФ-света без ионизации.^[1] Сигнал, создаваемый ПИД-регулятором, может быть гашен при измерении в условиях высокой влажности,^[3] или когда соединение, такое как метан, присутствует в высоких концентрациях ≥1% по объему^[4] Это ослабление происходит из-за способности воды, метана и других соединений с высокой энергией ионизации поглощать фотоны, испускаемые УФ-лампой, не вызывая образования ионного тока. Это уменьшает количество энергичных фотонов, доступных для ионизации целевых аналитов.

Рекомендации

1. Haag, W.R. и Wrenn, C .: The PID Handbook - Theory and Applications of Direct-Reading Photoionization Detectors (PIDs), 2nd. Издание, Сан-Хосе, Калифорния: RAE Systems Inc. (2006)
2. Дрисколл, Дж. Н. и Дж. Б. Кларичи: Ein neuer Photoionisationsdetektor für die Gas-Chromatographie. Chromatographia, 9: 567-570 (1976).
3. Смит П.А., Джексон Лепаж К., Харрер К.Л. и П.Дж. Брочу: портативные фотоионизационные приборы для количественного определения паров зарина и быстрого качественного скрининга загрязненных объектов. J. Occ. Env. Hyg. 4: 729-738 (2007).
4. Найквист, Дж. Э., Уилсон, Д. Л., Норман, Л. А., и Р. Б. Гаммэдж: Пониженная чувствительность фотоионизационных детекторов общих органических паров в присутствии метана. Являюсь. Ind. Hyg. Доц. J., 51: 326-330 (1990).