一文读懂PID检测器| 附工业园区挥发性有机物PID网格化监测技术规范
文章导读
废气或空气中的VOCs被PID（photoionization detectors，光离子化检测器）紫外灯（UV）光源离子化为可被检测器检测到的正负离子。在被检测后，离子重新复合成为原来的气体和蒸气。因此PID是一种非破坏性检测器，经过PID检测的气体仍可被收集做进一步的测定。
▲来源：VOCs前沿
PID检测器工作原理
图1 PID检测器工作原理
废气或空气中的VOCs被PID（photoionization detectors，光离子化检测器）紫外灯（UV）光源离子化为可被检测器检测到的正负离子。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，电流经放大后以模拟或者数字信号输出，电流信号的大小和VOCs浓度呈正比。在被检测后，离子重新复合成为原来的气体和蒸气。因此PID是一种非破坏性检测器，经过PID检测的气体仍可被收集做进一步的测定。
PID检测器气体种类
图2 不同化合物的电离能
PID检测器可检测到的气体种类
PID检测器可检测几百种化合物，但不同化合物电离能有所不同，需要依据目标物的电离能来选择PID检测器的紫外灯，目前商用的PID检测器规格分为9.8eV、10.6eV和11.7eV，因此高于11.7 eV的化合物暂不能被商用PID检测到。
PID检测器准确性
1、PID检测器定性能力
PID不具备化合物识别的能力，测量结果为可被电离灯电离的化合物总量（类似于总烃）。但由于PID不能电离甲烷，因此PID检测结果为非甲烷总烃。由于PID对苯系物很强的电离能力，在FID标准发布之前也有串联色谱监测苯的应用案例。
2、PID检测器的定量能力
测量目标物之前需要依据目标物的电离能来选择PID紫外灯，例如需要监测苯系物则可以选择目前市场上常用的10.6eV能级（不能电离二氯甲烷和四氯化碳）的紫外灯。
采用PID检测器校准不同化合物的最佳方法是使用目标气体标气来校准，但是这很难实现，因为这样做需要配备各种有毒有害气体。为了解决这个问题，引入了校正系数（CF）， 校正系数是 PID 对特定气体敏感度的量度。使用校正系数，用户可以通过单一校准气体（接近大多数VOCs中电离点的异丁烯）测量大量化合物，用户只需将仪器读数（针对异丁烯校准）乘以校正系数即可获得目标化合物的校正值。
3、PID检测器准确度影响因素
1）无机气体的干扰
硫化氢、一氧化氮、氨气等无机气体由于其电离电位低于紫外灯的电离能，PID传感器也能对其产生响应，当环境中有以上无机气体时，此时测量的TVOC还包含了无机气体的浓度。
2）温度的影响
温度对PID电子元器件（电阻、电容、变压器线圈）等产生影响，因此检测器需要恒温或者温度补偿，避免在高低温实验时偏差过大。
3）湿度的影响
低湿度情况下，PID传感器会因为离子捕捉时遇到湿气产生“假象”离子（电离部分水），导致测量浓度偏高，该现象难以完全避免，因此多数PID都有湿度补偿功能；但湿度太高，水汽会附着在离子化室的内壁，造成阳极和阴极之间电导率增加，漏电流上升，因此很容易造成下雨天PID检测器误报警的情况发生。
下图为干湿标气实测结果，通过在样气流路中增加除湿器可以有效避免该情况发生。
图3[1] 增加除湿器现场干湿标气测试结果
PID检测器优劣势
1、优点
响应速度快（几秒内响应），T90≤2min（受预处理影响）。
灵敏度高，可以检测到ppb级别浓度的气体。
不需要氢气、压缩空气、氮气等辅助气体，现场使用方便。
可以做到本安级，适用于工业防爆区域。
2、缺点
UV灯属于耗材，寿命受环境条件限制。
二氯甲烷和四氯化碳很难电离，甲烷、乙腈、氯乙烷、四氟化碳不能电离，因此在有以上气体的环境中监测的TVOC并非实际TVOC，此时和FID原理测试的NMHC相比结果偏低。
硫化氢、一氧化氮、氨气等无机气体也可被PID的紫外灯电离，因此在以上环境中测量的结果也并非TVOC，此时和FID原理测试的NMHC相比结果偏高。
比对验收工作繁琐。比对验收时需要借助园区固定站GC-FID数据，或者采用实验室GC-MS来确定物质种类和浓度，并将物质浓度除以对应CF系数（受物质种类和设备品牌影响）的加和来和PID数据进行比对。涉及到PID有响应的无机气体时，需要扣除这部分影响，比对测试工作复杂。
延伸阅读：
日前，上海、江苏、浙江和安徽等四个省市的生态环境部门统一组织编制了长江三角洲区域统一标准《工业园区挥发性有机物光离子化传感器（PID）网格化监测技术规范》（征求意见稿）。
范围
本文件规定了长江三角洲区域工业园区开展网格化布点，采用挥发性有机物传感器监测系统，测定环境空气及废气无组织排放挥发性有机物浓度的监测技术，包括方法原理、监测仪器性能、技术指标、质量控制和验收。
本文件适用于生态环境监测部门、企业及环境科学研究部门等开展工业区挥发性有机物网格化监测工作。
本文件适用于光离子化检测原理的挥发性有机物传感器监测系统，其它原理传感器参考执行。
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