光离子化检测器在环境应急监测中的应用探讨

【摘要】 探讨了光离子化检测器(PID)在环境应急监测中的应用，与传统的检测方法比较,光离子化检测器灵敏度和准确度均很高，可实时连续对有毒化学物进行检测。在环境事故应急监测中有着其它仪器无法替代的作用。

【关键词】 光离子化检测器 环境监测 应急监测

随着人们对生态环境和环保的重视，人们期望分析仪器走出实验室，在野外和现场对周围的环境和接触的低浓度的化学物质能高灵敏、高分辨地进行快速分析和监测；分析样品不须前处理直接监测；分析仪器体积要小便于携带；价值低适于推广。PID（Photo Ionization Detector）光离子化气体分析仪器正是适合这种要求研制的，它可进行多组份、低浓度快速分析。与火焰离子化(FID)检测器的气相色谱仪相比，不仅分析速度快，样品不需前处理，而且灵敏度高出近2个数量级(苯)。

目前，现场监测有机化合物的方法有很多，比如检测管、便携式光离子化检测器、便携式气相色谱、便携式色质联机等等。它们各有优缺点，本文将着重介绍一种简便、快速、经济的有机挥发物检测仪器——便携式光离子化检测器。

PID光离子化气体检测仪器目前已广泛应用于石油、化工、环保、航天、医药、卫生、农药、食品等行业的痕量分析和污染监测。例如：食品行业中食用油中残留溶剂的直接测定、含氯化合物的测定、食品鲜度检验；化工行业中化工厂微量有毒有害气体泄漏的监测、包装容器痕量微漏检测、涂料中挥发性有毒溶剂的分析测定；烟草行业中香烟中烟叶农药残留量及香精香料中痕量有机溶剂的测定；航天行业中航天飞行器与潜艇密封舱内空气评价，以及环保行业中化学物质的测试和工作环境、工作场地空气质量评估等等。

1 光离子化检测器工作原理

PID的工作基于电化学的原理。即，物质分子可带上正负电荷，从而可形成电流。这一特点可通过几种方法来实现，在PID中所使用的是高能紫外光。

PID使用了一个紫外灯（UV）光源将有机物击碎成可被检测器检测到的正负离子（离子化）。检测器测量离子化了的气体的电荷并将其转化为电流信号，电流被放大并显示出该气体的ppm读数。在被检测后，离子重新复合成为原来的气体和蒸气。PID是一种非破坏性检测器，它不会"燃烧"或永久性改变待测气体，经过PID检测的气体仍可被收集做进一步的测定。

所有的元素和化合物都可以被离子化，但在所需能量上有所不同，而这种可以替代元素中的一个电子，即将化合物离子化的能量被称之为"电离电位"（IP），它以电子伏特（eV）为计量单位。由UV灯发出的能量也以eV为单位。如果待测气体的IP低于灯的输出能量，那么，这种气体就可以被离子化。

2 光离子化检测器在环境监测中的应用范围

事故现场紧急泄漏和溢出检测、有毒废物现场检测、短时和瞬时排放检测、地下储罐泄漏检测、石化炼油安全卫生检测、痕量有机有毒气体污染检测、健康安全检测、室内空气质量监测。

3 监测污染物的类型

PID对几乎所有的含碳有机挥发性化合物（Volatile Organic Compound，简称VOC)和部分无机物有着很强的灵敏度。可广泛监测以下的污染物种类：

(1)卤代烃类、硫代烃类、不饱和烃类(如烯烃)等。

(2)芳香类：苯、甲苯、二甲苯(包括邻、间、对位二甲苯)、奈等。

(3)醇类：甲硫醇、丙烯醇、正丁醇、2-丁氧基乙醇等。

(4)酮类和醛类：乙醛、醋醛、丙酮、丙烯醛等。

(5)胺类：二甲基胺、二甲基甲酰胺等。

(6)部分不含碳的无机气体：氨、半导体气体(如砷、硒、溴、碘)等。

4 光离子化检测器的标定及测量

PID检测器使用前需要采用特定的已知浓度的标准气进行校准，求出校正系数（响应系数CF），这代表了PID检测器测量特定气体时的灵敏度。当以一种气体校正PID后，通过CF可直接得到另一种气体的浓度。对其他挥发性有机化合物和部分无机物可以直接从PlD供应商所提供的CF表中查取CF值；或将作业场所待测化合物的CF值求出后,直接输入便携式PlD；或从CF表中查取CF值,直接输入便携式PlD,在需要时将此数据调出。

PID光离子检测器可测定空气中各挥发性有机物且对每种物质都有不同特点的响应,校正系数主要作用是确定被测物质浓度的唯一依据，也是准确检测单组分化合物浓度的依据，它可以测量0.1到2000ppm的VOC和其它有毒气体。采样方式为泵吸式，配外接采样袋接口，采样时以一定的流量连续抽取污染气体进入检测器进行检测。

CF计算公式如下：

其中，IBE——校准气体异丁烯。

5 光离子化检测器在环境事故应急监测中的作用

光离子化检测器可以在各种情况提供精确测量的能力，特别是在以下的环境事故应急现场的有机化合物测量过程中发挥重要作用：

(1)初始个人防护确定

(2)事故污染物泄漏检测

(3)环境污染事故污染物扩散区域确认

(4)环境事故泄漏物确认

(5)应急处理污染物后环境跟踪监测

6 光离子化检测器较其它监测方法的优点

目前在环境应急监测中传统的监测方法主要有：气体速测比色管法、半导体传感器、化学传感器、质谱传感器等，但这些监测方法在满足环境应急监测的需要上都存在不同程度的不足。如：

6.1气体速测比色管法

该方法由于采样量较小，并且现场还存在着空气流动等因素，准确度和精密度较差，存在25％左右的误差；只能采用“点测”法，无法进行精确的定量分析以及连续监测；检测的比色管种类少，仅限于常规污染物；现场检测响应时间长，管内反应试剂保存时间短；使用过的检测管易产生二次环境污染。

6.2半导体传感器(MOS)

半导体传感器可检测大多数化学物质，是“宽带”检测器,但其灵敏度较差,响应时间较慢,更易受温度和湿度的影响。半导体传感器仅仅是一种各种有毒气体和蒸气的粗略检测器，其结果输出是非线性的，准确度较差。

6.3化学传感器

化学传感器性能比较稳定、寿命较长、耗电少、分辨率一般可达到0.1ppm(随传感器不同而不同),温度适应性较宽(可在-40～50℃间工作),但检测读数受温度变化的影响较大。传感器易受环境中其他污染物的影响,选择性较差,从而在多污染物共存的环境现场无法确认污染物的种类,高浓度的污染物易使传感器中毒,而引起失效。

6.4便携式气相色谱/质谱(GC/MS)

虽然GC/MS具有很高的选择性及灵敏度,但是该方法仍属于非连续测量，只能提供“点测”而无法进行连续检测,且价格昂贵,维修成本高。便携式气相色谱/质谱体积相对较大，对于环境条件恶劣的应急现场，仍存在无法近距监测及灵活调整监测点位的缺点。

6.5火焰离子化检测器(FID)

火焰离子化检测器是一种宽带有机化合物检测器,线性好、灵敏度高、被广泛应用于环境污染物分析监测,但由于其不具备选择性、价格昂贵、维护繁琐、体积及重量较大,无法携带到环境事故应急现场进行检测。

总之，光离子化检测器（PID）从检测灵敏度上可以看成是一个分离柱的气相色谱仪，具有极佳的精确度，对很多ppm级的有毒化学污染物具有很好的灵敏度和准确度；同时光离子化检测器具有小巧、连续测量、实时反应的优点。PID光离子化检测器已经越来越多地应用在化学品污染调查上，其可以不需费钱费时的实验室测试就能定义污染物质的存在的能力，使得光离子化检测器在环境污染应急事故处理中发挥更加广泛的作用。

参考文献

〔１〕蔡杰.如何选择和使用好气体检测仪.信息技术，2005，6：49-51

〔２〕刘星，张莘民.气相色谱／光离子化检测器简介.环境监测管理与技术，1997，9（4）：42-44

〔３〕RAE 中国技术服务中心编.应急快速检测实验室的建立.北京:RAE 中国技术服务中心，2003

〔4〕杨万宗，徐玮，李俊杰.便携式光离子化检测器的应用.扬子石油化工，2006，21（3）：27-29