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光离子化检测器的维护与使用

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      随着文明的进步,人类使用有可能向环境中释放毒物的产品的数量和频率也大大增加。我们时刻面临着各种化学危险,比如来自密闭空间内的毒性气体,工业或运输事故造成的突然的灾难性的化学品泄露,等等。近来,战争或恐怖分子使用的化学武器将死亡的幽灵又带到了我们所面临的危险中。我们的安全只有依赖于在我们受到伤害前就发现这些危险气体。我们需要一种便携的仪器以警告我们所面临的危险。或许更重要的是,告诉我们当前危险的程度。
    这些不是新的需求。过去用于实现这些目标所使用的生命保护技术是所传说的金丝雀。工业革命使得对矿石和燃料的需求急剧增加,并促使采矿业成为世界最大的工业。采矿业也带来了一些特殊的工业危险,其中之一就是矿工暴露在毒性气体或窒息性气体中。为检测这些气体,人们将金丝雀带入矿井中。如果作为早期警报装置的金丝雀倒下,矿工们就立即撤出。原理很简单:金丝雀比人类对毒性气体或窒息性气体更敏感。现在,金丝雀已让位于能快速检测出危险气体的先进设备。在这种设备中的关键部件就是光离子化检测器(PID)。
    光离子化检测器
    PID可以检测出浓度低至0.1ppm的气体并同步显示其读数(实时响应)。它便于携带并能告知用户毒性气体的存在。
   操作理论
   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。
   离子化
   离子化的含义如下。所有的原子均由质子,中子和电子组成。质子带正电荷,电子带负电荷。正常状态的原子带有相同数量的质子和电子,从而整个原子的净电荷为零。增减电子将使原子或由此原子组成的分子离子化。

   如前所述,在PID中气体分子的离子化是通过高能紫外光实现的。光是一种能量,当这种能量施加到原子上时,原子被激化。若施加的能量足够大,原子将被高度激化从而失去一个电子。结果在此原子中,正电荷的质子数比负电荷的电子数多一个。从而使原子带上一个净正电荷,即被离子化或成为正离子。由于此离子化的过程通过光的使用而发生,因此被称为光离子化。
   电离电位
   不同的化合物的离子化需要不同的能量。使特定的化合物电离的能量大小称为该物质的电离电位(IP),以电子伏特(eV)来量度。所需能量的大小随化合物的不同而不同。例如,作为常用溶剂的苯,需9.25eV的电离能使其离子化;而甲烷则需12.98eV的电离能。
   由于这种能量以光的形式出现,因此,此能量源来自于灯。PID中的灯常以输出能量的大小来评价,也以电子伏特为量度的单位。根据特定设置,灯的输出常在9.6eV至11.8eV的范围。重要的是,灯只能将电离电位低于灯的能量输出的气体电离。10eV的灯可以检测苯,因为苯离子化所需的能量(9.25eV)在灯的输出能量范围内。但甲烷却不能被检测,因为其离子化所需的能量(12.98eV)超出了灯的输出能量范围。任何电离电位大于灯的能量输出范围的物质都不可能被检测。因此,IP值高于20eV的正常的环境空气不会在PID中产生电流。要产生电流,必须有能被灯电离的某种气体存在。

   显然,在你能确定是否PID能检测某种气体前,你必须知道该气体的IP 值。PID的生产商一般均会提供其检测器所能检测的物质的目录,以及这些物质的IP值。但是,也许你会遇到你所需判断的某种不常见的物质未出现在该目录中的情况,在本文的末尾给出了可查到更详尽的目录的资料来源。

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