PID傳感器在固定污染源VOCs監(jiān)測技術(shù)中的應(yīng)用

揮發(fā)性有機物是一類重要的環(huán)境污染物，長時間攝入會有致癌、致畸、致突變的危害。此外，VOCs為臭氧和二次有機顆粒物（SOA）生成的主要前體物，具有較強的光化學(xué)反應(yīng)活性，可引發(fā)城市光化學(xué)煙霧。據(jù)研究表明，中國的排放主要來源交通、工業(yè)和生物質(zhì)燃燒三大部門，而中國工業(yè)固定污染源的VOCs排放總量將呈現(xiàn)大幅度增長的趨勢。為了控制固定污染源VOCs排放，保護環(huán)境，保障人體健康，我國逐步將VOCs控制納入大氣污染物控制體系，逐漸建立和不斷完善排放標準和相關(guān)管理辦法。

固定污染源VOCs監(jiān)測技術(shù)

VOCs 常見的分析方法包括氣相色譜(GC)、氣相色譜—質(zhì)譜法(GC-MS)、高效液相色譜法(HPLC)、熒光分光光度法、傅里葉變換紅外光譜法(FTIR)等，此外還有反射干涉光譜法、離線超臨界流體萃取 GC-MS 法和脈沖放電檢測器法等，其中應(yīng)用最多的是 GC 和 GC-MS 法。

1. GC–FID 氫火焰離子化法

3.1.1 檢測原理：被監(jiān)測VOCs 氣體在流經(jīng) H2 與空氣的高溫氫火焰中燃燒時，發(fā)生高溫電離，反應(yīng)產(chǎn)生的電子在電場的作用下被收集，形成微弱的電離電流，電流強度與被測組分的濃度成正比，從而對待測樣品 VOCs 進行判斷。該技術(shù)對于各類組分的 VOCs 氣體都能響應(yīng)，尤其對碳氫或碳揮發(fā)性有機物具有極高的靈敏度，因而多用于此類 VOCs 廢氣的監(jiān)測中。但 FID 體積及重量通常較大，且須 H2 作為輔助而危險性高，且 VOCs 廢氣中的氣態(tài)水、O2 以及 N、O 以及鹵素原子等的存在往往會使監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)誤差。

3.1.2 工作原理：采樣探頭負責(zé)煙氣采樣，內(nèi)置陶瓷濾芯用于過濾煙氣中的粉塵，伴隨管線高溫伴熱避免煙氣中水蒸氣冷凝，溫壓流用于測量煙囪或煙道內(nèi)煙氣的溫度、壓力和流速。溫度儀用于測量煙囪或煙道內(nèi)煙氣的濕度,控制機柜內(nèi)置控制單元,工控機、加熱盒、高溫泵等。標氣用于校準分析儀表，零氣發(fā)生器、氫氣發(fā)生器、高純氮氣瓶提供氣源。空壓機產(chǎn)生壓縮空氣，用于對伴熱管線、采樣探頭、溫壓流進行定期反吹。

1.1檢測范圍：監(jiān)測廢氣中的甲烷、總烴、非甲烷總烴、低碳酵酮、苯系物（苯、甲苯、二甲苯、乙苯、異丙苯等）和部分鹵代烴類等氣體有機污染物，以及廢氣的濕度、溫度、 壓力、流速等參數(shù)。

1.2 特點與特色：

1.氣相色譜/火焰離子化檢測法（GC+FID)是國際公認的 VOCs 檢測標準方法。具有高精確度，高靈敏度和高穩(wěn)定性的特點，運行穩(wěn)定可靠，維護簡便，適合復(fù)雜苛刻環(huán)境條件的工業(yè)廢氣中揮發(fā)性有機物的在線分析和監(jiān)測；

2.系統(tǒng)可監(jiān)測總烴、非甲烷總烴、苯系物、酮類、烯烴、醇類等多種有機廢氣，可滿足不同客戶的監(jiān)測需求；

3.FID 檢測器具有自動點火功能，火焰熄滅后自動點火，安全可靠，超溫自動保護功能， 避免器件的損壞，可靠穩(wěn)定的色譜部件和氣路設(shè)計。使用經(jīng) Silcosteel 處理氣路管路，大大降低了氣體樣品在管壁內(nèi)的吸附殘留。

1.4 應(yīng)用范圍：

石油煉制與石油化學(xué)、醫(yī)藥制造、涂料與油墨制造、橡膠制品制造、塑料制品制造、黑色金屬冶煉、電子工業(yè)、印刷行業(yè)、汽車表面涂裝、家具表面涂裝、其他 表面涂裝、其他 VOCs 排放行業(yè)。

2.氣相色譜/火焰光度檢測器法（GC+FPD)

2.1 FPD 檢測機理

FPD 是根據(jù)硫、磷化物在富氫火焰中燃燒時，發(fā)射出波長分別為 394nm 和 526nm 特征光的原理而制成的，它主要利用以下 3 個條件來達到檢測之目的。

富氫火焰：檢測器中有富氫火焰存在，為含硫、磷的有機化合物提供了燃燒和激發(fā)的 基本條件。

特征波長：樣品在富氫火焰中燃燒時，含硫有機物和含磷有機物能發(fā)射出其特有波長的特征光。

光電轉(zhuǎn)換：檢測器設(shè)有濾光片和光電倍增管，通過濾光片選擇后光電倍增管把光轉(zhuǎn)換成電信號。

2.2 基本構(gòu)造

FPD 主要由火焰噴嘴、濾光片和光電倍增管等三部分所組成，其燃燒室與氫焰檢測器燃燒室的構(gòu)造很相似，若經(jīng)適當改進并在噴嘴上方加裝收集極，也許又可作氫焰檢測器使用。

FPD系統(tǒng)示意圖

2.3檢測過程

FPD 的檢測過程如下：GC 柱后流出的載氣與空氣和氫氣混合后經(jīng)噴嘴流出，在噴嘴上燃燒。當柱后流出的樣品組分與載氣一道進入此富氫火焰燃燒時，硫、磷化合物發(fā)出其特征光。 含磷有機物以 HPO 碎片的形式發(fā)射其特征光，含硫有機物以激發(fā)態(tài) S2 分子的形式發(fā)射其特征光。磷化物用 526nm 的濾光片進行選擇；硫化物可用 394nm 或 384nm 的濾光片進行選擇。光電倍增管把所濾過的光轉(zhuǎn)換成電信號，此電信送至微電流放大器放大后輸至記錄設(shè)備（記錄儀、色譜數(shù)據(jù)處理機或色譜工作站等），進行數(shù)據(jù)處理、圖象顯示、打印圖譜和打印分析結(jié)果等。

2.4 特點與特征

FPD 屬于專用型微分檢測器，對含硫、磷的化合物有很高的靈敏度。FPD 的最小檢出量達 10-11g，線性范圍：有機磷可達 104；硫化物則不是線性關(guān)系，用雙對數(shù)作圖其線性范圍為 102。

FPD 必須是富氫火焰，氧氣與氫氣流速之比在 0.2～0.5 范圍可獲得高靈敏度。

各種氣體的實用流速、溫度對檢測靈敏度影響較大。例如測磷測時流速：氫氣 160～180mL/min，空氣 150～200 mL/min，氮氣 40～80mL/min；測硫時流速：氮氣流速為 90～100 mL/min 時其靈敏度較高；檢測室過高使測硫時檢測靈敏度下降。實用流速與儀器型號、樣品種類以及其他操作條件和分析要求等有關(guān)，故應(yīng)根據(jù)具體情況來確定它們的流速。

氣相色譜/火焰光度檢測器法在石油化工、環(huán)境保護、食品衛(wèi)生、生物化學(xué)等分析領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

3.氣相色譜光離子化(GC-PID)分析法

3.1 工作原理：

PID (光電離檢測器)由紫外燈光源和離子室等主要部分構(gòu)成，在離子室有正負電極，形成電場，紫外燈產(chǎn)生高能紫外光。有機氣體流入測量池（離子室）后，在紫外光源的激發(fā)下 會離子化，被離子化的微粒“碎片”帶有正負電荷，從而在兩個電極之間產(chǎn)生電流信號，該電流與氣體濃度線性相關(guān)根據(jù)待測氣體濃度與電流信號的線性關(guān)系計算得出待測氣體濃度。PID 是一種非破壞性檢測器，離子被檢測后可重新復(fù)合成為原來的氣體分子。PID 檢測器響應(yīng)快、靈敏度高且無須 H2、空氣做輔助，同時攜帶較為方便，因而在現(xiàn)場應(yīng)急監(jiān)測、室內(nèi)監(jiān)測以及危險氣體預(yù)警等方面十分適用。但受紫外燈能量的限制，使得部分種類的VOCs 氣體(例如短鏈烷烴類)的響應(yīng)慢，甚至檢測不到。

氣相色譜(GC)一般由氣路系統(tǒng)、進樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、檢測記錄系統(tǒng)組成。色譜柱是組分能否分開的關(guān)鍵；色譜柱按照柱內(nèi)徑的大小和長度，可分為填充柱和毛細 管柱。填充柱的內(nèi)徑在 2～4mm，長度為 1～10m 左右，毛細管柱內(nèi)徑在 0.2～0.5mm，長度一般在 25～100m。分離后組分能否鑒定出來則在于檢測器，所以分離系統(tǒng)和檢測記錄系統(tǒng)是 GC 儀器的核心。

根據(jù)VOCs 組分的不同，采用氣相色譜色譜柱可有效分離 VOCs 氣體成分，分離后的氣體分子由PID 檢測器檢測，以實現(xiàn)對多個組分的監(jiān)測與分析。待測 VOCs 氣體經(jīng)過 PID 后所產(chǎn)生的電信號輸出到記錄儀器，并得到峰面積與有機化合物質(zhì)量呈正比的色譜圖，然后通過色譜圖對待測VOCs 廢氣開展定性與定量分析。

GC-PID 技術(shù)，采用超過 120℃的高溫全程伴熱進行樣品的采集與傳輸，并采用抗腐蝕性能強和惰性材料，從而大大減少了樣品傳輸過程中的吸附現(xiàn)象，其對于揮發(fā)性有機物廢氣 檢測的可選擇性強、靈敏度高，且操作起來較為便捷，測量結(jié)果較為穩(wěn)定、可靠，并能實現(xiàn)對多個組分的同時測量，因而得到了廣泛的應(yīng)用。

GC-PID 工作原理

3.2 技術(shù)參數(shù)

1.英國 PID-AH 傳感器技術(shù)參數(shù)

分辨率：1ppb；

靈敏度：＞20mv/ppb；

測量氣體：電離電勢<9.6eV,<10.6eV,<11.7eV 的 VOCs

監(jiān)測范圍：PID-AH:1ppb～50ppb(異丁烯)，高靈敏度

供電電壓：3.2～3.6VDC

輸出信號：Offset Voltage to Vmax(Vmax = Vsuppply-0.1v)

功耗：27mA 典型值(浪涌電流 112mA<0.2s)

響應(yīng)時間：T90<3s(擴散模式)

溫度范圍：-40℃～55℃；濕度范圍：0～95%RH(無凝結(jié)) 使用壽命：5 年(不含燈泡和柵極)

響應(yīng)時間：在自由擴散情況下<3s 2.

便攜式監(jiān)測儀器設(shè)備技術(shù)參數(shù)

可檢測：苯，甲苯，二甲苯，苯乙烯等（可擴展其他氣體）

離子化：標準UV 燈（10.6 eV） 靈敏度：0.5 ppb（以苯計）

濕度：0-90% RH

數(shù)據(jù)輸出：集成 GUI、4-20mA（模擬）、RS-232（可選）、RS-458（可選）、USB（可選）、LAN/WLAN（可選）

功率：100V-240V/50-60Hz

鋰電池續(xù)航時間：大于 8 小時載氣：無需載氣

儀器尺寸（L*W*H：mm）：280*100*280

重量（kg） 7

使用溫度（℃）：-10~50

同時，工采網(wǎng)提供各種量程的PID傳感器可供客戶選擇：PID-AH5，PID-AR5，PID-AY5，PID-A15，PID-AH，PID-A1，具體如下：

pid傳感器

審核編輯：湯梓紅