廢氣或空氣中的VOCs被PID（photoionization detectors，光離子化檢測(cè)器）紫外燈（UV）光源離子化為可被檢測(cè)器檢測(cè)到的正負(fù)離子。在被檢測(cè)后，離子重新復(fù)合成為原來(lái)的氣體和蒸氣。因此PID是一種非破壞性檢測(cè)器，經(jīng)過(guò)PID檢測(cè)的氣體仍可被收集做進(jìn)一步的測(cè)定。

PID檢測(cè)器工作原理

圖1 PID檢測(cè)器工作原理

廢氣或空氣中的VOCs被PID（photoionization detectors，光離子化檢測(cè)器）紫外燈（UV）光源離子化為可被檢測(cè)器檢測(cè)到的正負(fù)離子。檢測(cè)器測(cè)量離子化了的氣體的電荷并將其轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，電流經(jīng)放大后以模擬或者數(shù)字信號(hào)輸出，電流信號(hào)的大小和VOCs濃度呈正比。在被檢測(cè)后，離子重新復(fù)合成為原來(lái)的氣體和蒸氣。因此PID是一種非破壞性檢測(cè)器，經(jīng)過(guò)PID檢測(cè)的氣體仍可被收集做進(jìn)一步的測(cè)定。

PID檢測(cè)器氣體種類(lèi)

圖2 不同化合物的電離能

PID檢測(cè)器可檢測(cè)到的氣體種類(lèi)

PID檢測(cè)器可檢測(cè)幾百種化合物，但不同化合物電離能有所不同，需要依據(jù)目標(biāo)物的電離能來(lái)選擇PID檢測(cè)器的紫外燈，目前商用的PID檢測(cè)器規(guī)格分為9.8eV、10.6eV和11.7eV，因此高于11.7 eV的化合物暫不能被商用PID檢測(cè)到。

PID檢測(cè)器準(zhǔn)確性

1、PID檢測(cè)器定性能力

PID不具備化合物識(shí)別的能力，測(cè)量結(jié)果為可被電離燈電離的化合物總量（類(lèi)似于總烴）。但由于PID不能電離甲烷，因此PID檢測(cè)結(jié)果為非甲烷總烴。由于PID對(duì)苯系物很強(qiáng)的電離能力，在FID標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之前也有串聯(lián)色譜監(jiān)測(cè)苯的應(yīng)用案例。

2、PID檢測(cè)器的定量能力

測(cè)量目標(biāo)物之前需要依據(jù)目標(biāo)物的電離能來(lái)選擇PID紫外燈，例如需要監(jiān)測(cè)苯系物則可以選擇目前市場(chǎng)上常用的10.6eV能級(jí)（不能電離二氯甲烷和四氯化碳）的紫外燈。

采用PID檢測(cè)器校準(zhǔn)不同化合物的最佳方法是使用目標(biāo)氣體標(biāo)氣來(lái)校準(zhǔn)，但是這很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檫@樣做需要配備各種有毒有害氣體。為了解決這個(gè)問(wèn)題，引入了校正系數(shù)（CF）， 校正系數(shù)是 PID 對(duì)特定氣體敏感度的量度。使用校正系數(shù)，用戶可以通過(guò)單一校準(zhǔn)氣體（接近大多數(shù)VOCs中電離點(diǎn)的異丁烯）測(cè)量大量化合物，用戶只需將儀器讀數(shù)（針對(duì)異丁烯校準(zhǔn)）乘以校正系數(shù)即可獲得目標(biāo)化合物的校正值。

3、PID檢測(cè)器準(zhǔn)確度影響因素

1）無(wú)機(jī)氣體的干擾

硫化氫、一氧化氮、氨氣等無(wú)機(jī)氣體由于其電離電位低于紫外燈的電離能，PID傳感器也能對(duì)其產(chǎn)生響應(yīng)，當(dāng)環(huán)境中有以上無(wú)機(jī)氣體時(shí)，此時(shí)測(cè)量的TVOC還包含了無(wú)機(jī)氣體的濃度。

2）溫度的影響

溫度對(duì)PID電子元器件（電阻、電容、變壓器線圈）等產(chǎn)生影響，因此檢測(cè)器需要恒溫或者溫度補(bǔ)償，避免在高低溫實(shí)驗(yàn)時(shí)偏差過(guò)大。

3）濕度的影響

低濕度情況下，PID傳感器會(huì)因?yàn)殡x子捕捉時(shí)遇到濕氣產(chǎn)生“假象”離子（電離部分水），導(dǎo)致測(cè)量濃度偏高，該現(xiàn)象難以完全避免，因此多數(shù)PID都有濕度補(bǔ)償功能；但濕度太高，水汽會(huì)附著在離子化室的內(nèi)壁，造成陽(yáng)極和陰極之間電導(dǎo)率增加，漏電流上升，因此很容易造成下雨天PID檢測(cè)器誤報(bào)警的情況發(fā)生。

下圖為干濕標(biāo)氣實(shí)測(cè)結(jié)果，通過(guò)在樣氣流路中增加除濕器可以有效避免該情況發(fā)生。

圖3[1] 增加除濕器現(xiàn)場(chǎng)干濕標(biāo)氣測(cè)試結(jié)果

PID檢測(cè)器優(yōu)劣勢(shì)

1、優(yōu)點(diǎn)

響應(yīng)速度快（幾秒內(nèi)響應(yīng)），T90≤2min（受預(yù)處理影響）。

靈敏度高，可以檢測(cè)到ppb級(jí)別濃度的氣體。

不需要?dú)錃狻嚎s空氣、氮?dú)獾容o助氣體，現(xiàn)場(chǎng)使用方便。

可以做到本安級(jí)，適用于工業(yè)防爆區(qū)域。

2、缺點(diǎn)

UV燈屬于耗材，壽命受環(huán)境條件限制。

二氯甲烷和四氯化碳很難電離，甲烷、乙腈、氯乙烷、四氟化碳不能電離，因此在有以上氣體的環(huán)境中監(jiān)測(cè)的TVOC并非實(shí)際TVOC，此時(shí)和FID原理測(cè)試的NMHC相比結(jié)果偏低。

硫化氫、一氧化氮、氨氣等無(wú)機(jī)氣體也可被PID的紫外燈電離，因此在以上環(huán)境中測(cè)量的結(jié)果也并非TVOC，此時(shí)和FID原理測(cè)試的NMHC相比結(jié)果偏高。

比對(duì)驗(yàn)收工作繁瑣。比對(duì)驗(yàn)收時(shí)需要借助園區(qū)固定站GC-FID數(shù)據(jù)，或者采用實(shí)驗(yàn)室GC-MS來(lái)確定物質(zhì)種類(lèi)和濃度，并將物質(zhì)濃度除以對(duì)應(yīng)CF系數(shù)（受物質(zhì)種類(lèi)和設(shè)備品牌影響）的加和來(lái)和PID數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。涉及到PID有響應(yīng)的無(wú)機(jī)氣體時(shí)，需要扣除這部分影響，比對(duì)測(cè)試工作復(fù)雜。

延伸閱讀：

日前，上海、江蘇、浙江和安徽等四個(gè)省市的生態(tài)環(huán)境部門(mén)統(tǒng)一組織編制了長(zhǎng)江三角洲區(qū)域統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)園區(qū)揮發(fā)性有機(jī)物光離子化傳感器（PID）網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（征求意見(jiàn)稿）。

范圍

本文件規(guī)定了長(zhǎng)江三角洲區(qū)域工業(yè)園區(qū)開(kāi)展網(wǎng)格化布點(diǎn)，采用揮發(fā)性有機(jī)物傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，測(cè)定環(huán)境空氣及廢氣無(wú)組織排放揮發(fā)性有機(jī)物濃度的監(jiān)測(cè)技術(shù)，包括方法原理、監(jiān)測(cè)儀器性能、技術(shù)指標(biāo)、質(zhì)量控制和驗(yàn)收。

本文件適用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)、企業(yè)及環(huán)境科學(xué)研究部門(mén)等開(kāi)展工業(yè)區(qū)揮發(fā)性有機(jī)物網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)工作。

本文件適用于光離子化檢測(cè)原理的揮發(fā)性有機(jī)物傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其它原理傳感器參考執(zhí)行。

編輯：李丹