PID光離子化檢測儀使用一個(gè)高能量的紫外燈提供離子化的能量,該能量取決于它所產(chǎn)生的紫外光的能量??梢愿鶕鶛z測化合物的不同使用不同的紫外燈。光離子化過(guò)程如下:
RH + hu ? RH+ + e-
量子hu代表等于或大于RH(待測分子)的能量。一般講,分子越小,它的結合能就越大,IP也就越高。而較大的分子,或具有雙鍵、三鍵的分子,IP值較低。被離子化的組份被離子腔收集產(chǎn)生電流,而電流正比于濃度。
紫外燈發(fā)出的能量決定了它所能檢測的化合物的種類(lèi)?,F在可以選擇的能量有9.5, 9.8, 10.0, 10.2, 10.6, 11.7 和 11.8 eV(隨制造商不同)。大多數的產(chǎn)品允許在同一臺儀器上使用不同能量的紫外燈。所選擇的燈的能量越低、可能檢測的化合物種類(lèi)就越少。反之亦然。
燈的能量越高,它所受到的物理限制也就越多。通常,燈的能量越高,它的壽命就越短。PID燈是由一個(gè)充滿(mǎn)低壓?jiǎn)我粴怏w或混合氣體(氧氣、氮氣、氫氣或氪氣)的玻璃泡構成。通過(guò)電流和輻射波使這些氣體激發(fā)產(chǎn)生紫外光,光束通過(guò)一個(gè)窗出。較高能量的燈(11.7eV和11.8eV)的窗口材料是由氟化鋰制成的,它很容易吸收水分和被燈自己發(fā)出的紫外光照射而衰變。因此,高能量燈的壽命比較短。在一般操作下可以使用1或2個(gè)月。另外,盡管高能量燈發(fā)出的能量會(huì )使更多的物質(zhì)離子化,但它產(chǎn)生的光通量卻要比低能量燈少,這就意味著(zhù)高能量燈的離子化電流比較低也容易產(chǎn)生漂移。
通過(guò)選擇燈的能量也可能改變選擇性,比如,9.8eV燈的能量輸出已足夠于檢測苯(IP為9.24eV),但對于很多其它物質(zhì)的離子化就不足,也就是無(wú)法檢測到。需要注意的是,9.8eV燈窗口材料(氟化鈣,或者夾有氟化鈣的三明治結構)的壽命較短,正常操作下可以持續6個(gè)月。
10.6eV燈的窗口(氟化鎂)既不會(huì )吸收水蒸氣也不會(huì )被紫外線(xiàn)損壞,因此10.6 eV 燈的壽命就長(cháng)一些,在一般操作下可以連續使用1-2年,同時(shí),10.6eV燈的能量也足以檢測大多數的VOC,這樣10.6eV燈的使用也就廣泛得多。
PID儀器是非特性的,儀器的讀數是所有可檢測物質(zhì)的信號之和。同時(shí),由于離子電位和其它物理性質(zhì)的不同,相同濃度的其它氣體可能產(chǎn)生的讀數不同。這樣,PID的讀數總是跟校準氣體有關(guān)。校正是建立在對于一個(gè)已知濃度的已知氣體相應的離子電流的基礎上。其它氣體的儀器響應是和它們本身的性質(zhì)有關(guān)的,一個(gè)10ppm的讀數表明儀器產(chǎn)生了一個(gè)與10ppm校正氣體相同的離子電流。其它氣體得到這個(gè)讀數的實(shí)際濃度可能多于也可能少于這個(gè)值。
由于PID讀數總是和校正氣體有關(guān),因此這個(gè)讀數應當表述為與校正氣體相關(guān)的ppm單位,或者PID單位,而不要使用實(shí)際的濃度值,除非檢測的污染物同校正氣體一樣,或者儀器的讀數已經(jīng)得到校正。大多數的儀器制造商會(huì )提供一個(gè)表格,或者在儀器中存儲一個(gè)數據庫來(lái)校正讀數。更為*設計則是允許用戶(hù)存儲一系列的曲線(xiàn),然后調出來(lái)得到待測物質(zhì)的實(shí)際濃度。
需要強調的是,使用各類(lèi)校正系數時(shí)也要遵循制造商的建議。在實(shí)際應用中,校正系數可能受到環(huán)境條件,比如溫度和濕度的影響。尤其是濕度。盡管水蒸氣(IP為12.59eV)不能被PID燈離子化,但水蒸氣可以在離子化腔中反射、散射和吸收紫外線(xiàn),因此,水蒸氣對于低濃度的污染物讀數還是會(huì )有阻礙。非離子化的蒸氣(那些IP值大于燈能量的污染物),比如甲烷,也可能像水蒸氣那樣散射紫外光,從而降低檢測器的靈敏度。對于某些PID設計,甚至高濃度的氧氣也會(huì )對測定靈敏度有影響?;旧险f(shuō),離子化腔和電流收集板間的距離越短,散射和降低的可能性越小,因此這種影響同檢測器的設計有很大的關(guān)系。
采樣進(jìn)到檢測腔中的灰塵和顆粒同樣會(huì )降低檢測器的靈敏度,同樣,沉積在窗口上的顆粒也可能減少燈對樣品的輻射,水蒸氣或其它較熱的氣體和蒸氣在窗口上的冷凝也有同樣的影響。因此,有些制造商建議在每次使用前對燈進(jìn)行清洗。清洗的頻度同通過(guò)檢測腔的氣流有很大的關(guān)系,在“軸向”氣流設計中,氣流直接射向燈的表面,可能會(huì )增加污染物沉積的機會(huì ),而“切向”氣流設計則是氣流平行通過(guò)燈的表面,就可能減少這種影響,也大大減少了清洗的頻度。
不論何種設計,在顯示某些癥狀時(shí),檢測器和燈還是需要清洗。這些癥狀包括:零點(diǎn)漂移、靈敏度降低明顯等等。定期對傳感器進(jìn)行清洗會(huì )清除沉積,恢復燈的靈敏度。清洗時(shí)要十分小心不要碰壞燈的窗口,否則就需要及時(shí)更換。
過(guò)去,光離子檢測器給人的印象是笨重、不穩定和價(jià)格昂貴,這大大限制了它們在密閉空間進(jìn)入中的使用。在過(guò)去的幾年中,這些已經(jīng)有了巨大的改進(jìn),小型化的光離子檢測器已經(jīng)應用于越來(lái)越多的環(huán)境應急事故、危險化學(xué)品儲運、化學(xué)武器監測、公共衛生安全等等檢測之中,PID檢測已經(jīng)成為某些行業(yè)規范。