浅谈挥发性有机物VOC监测的PID原理与FID原理
2022-05-09 15:31:58 admin
第一种监测方法：光离子化气体检测器(PID)
光离子化气体检测器（Photo Ionization Detector，简称 PID）是一种具有极高灵敏度，用途广泛的检测器，可以检测 从极低浓度的10ppb到较高浓度的10000ppm的挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，简称VOCs）和 其它有毒气体。与传统检测方法相比， 它具有便携式，精度高（ppm级），响应快，可以连续测试等优点。当电离电位（IP）小于紫外灯能量的化合物气体或蒸气通过离子化腔时，PID的紫外光源（UV）就会将该化合物击碎成 可被检测到的正负离子（该过程即离子化）。检测器测离子化后的气体电荷并将其转化为电流信号，然后电流被放大并转化为浓度值。
第二种监测方法：氢火焰离子化检测器(FID)
氢火焰离子化检测器(Flame Ionization Detector, 简称FID)是典型的破坏性、质量型检测器，是以氢气和空气燃烧生成的火焰为能源，当有机化合物进入以氢气和氧气燃烧的火焰，在高温下产生化学电离，电离产生比基流高几个数量级的离子，在高压电场的定向作用下，形成离子流，微弱的离子流（ -12 -8 6 11 10 ～10 A）经过高阻（10 ～10 Ω）放大，成为与进入火焰的有机化合物的量成正比的电信号，因此可以根据信号的大小对有机物进行定量分析。 氢火焰离子化检测器是高灵敏度的通用检测器，灵敏度可达（ -12 -13 10 ～10 ）g/s。
第三种监测方法：色谱分离技术
色谱分离技术又称层析分离技术或色层分离技术，是一种分离复杂混合物中各个组分的有效方法。它是利用不同物质在 由固定相和流动相构成的体系中具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，这些物质随流动相一起运动，并在两相间 进行反复多次的分配，从而使各物质达到分离。
目前挥发性有机物网格化应用及存在的问题
由于传感器在时间分辨率上明显优于在线色谱和在线质谱等技术，且具有体积小、价格便宜并可大量布点的优点，在大气网格化监测中有较大优势。但挥发性有机物传感器与其它常规气态污染物传感器（如二氧化硫和臭氧等）不同，挥发性有机物传感器其并非对单一物质进行监测，而是需要其对某一类或多类污染物物质（比如芳香烃及烷烃等）产生响应，实现对工业园区挥发性有机物主要污染排放的追踪、预警及变化规律实时监控。在尚无相关监测技术标准的前提下，长三角地区部分工业园区安装并使用了传感器设备作为网格化监测，投入巨大，但效果却不理想。一是选型问题，存在监测因子与特征污染物不适用；二是缺乏维护，部分园区50%设备基本无数据；三是准确性差，数据波动超过 10 倍以上，无法反应污染真实变化；四是核心部件传感器性能良莠不齐，整体网格化监测设备设计差异导致的监测误差，导致数据稳定性不佳。
光离子化气体检测器（Photo Ionization Detector，简称 PID）是一种具有极高灵敏度，用途广泛的检测器，可以检测 从极低浓度的10ppb到较高浓度的10000ppm的挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，简称VOCs）和 其它有毒气体。与传统检测方法相比， 它具有便携式，精度高（ppm级），响应快，可以连续测试等优点。当电离电位（IP）小于紫外灯能量的化合物气体或蒸气通过离子化腔时，PID的紫外光源（UV）就会将该化合物击碎成 可被检测到的正负离子（该过程即离子化）。检测器测离子化后的气体电荷并将其转化为电流信号，然后电流被放大并转化为浓度值。
第二种监测方法：氢火焰离子化检测器(FID)
氢火焰离子化检测器(Flame Ionization Detector, 简称FID)是典型的破坏性、质量型检测器，是以氢气和空气燃烧生成的火焰为能源，当有机化合物进入以氢气和氧气燃烧的火焰，在高温下产生化学电离，电离产生比基流高几个数量级的离子，在高压电场的定向作用下，形成离子流，微弱的离子流（ -12 -8 6 11 10 ～10 A）经过高阻（10 ～10 Ω）放大，成为与进入火焰的有机化合物的量成正比的电信号，因此可以根据信号的大小对有机物进行定量分析。 氢火焰离子化检测器是高灵敏度的通用检测器，灵敏度可达（ -12 -13 10 ～10 ）g/s。
第三种监测方法：色谱分离技术
色谱分离技术又称层析分离技术或色层分离技术，是一种分离复杂混合物中各个组分的有效方法。它是利用不同物质在 由固定相和流动相构成的体系中具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，这些物质随流动相一起运动，并在两相间 进行反复多次的分配，从而使各物质达到分离。
目前挥发性有机物网格化应用及存在的问题
由于传感器在时间分辨率上明显优于在线色谱和在线质谱等技术，且具有体积小、价格便宜并可大量布点的优点，在大气网格化监测中有较大优势。但挥发性有机物传感器与其它常规气态污染物传感器（如二氧化硫和臭氧等）不同，挥发性有机物传感器其并非对单一物质进行监测，而是需要其对某一类或多类污染物物质（比如芳香烃及烷烃等）产生响应，实现对工业园区挥发性有机物主要污染排放的追踪、预警及变化规律实时监控。在尚无相关监测技术标准的前提下，长三角地区部分工业园区安装并使用了传感器设备作为网格化监测，投入巨大，但效果却不理想。一是选型问题，存在监测因子与特征污染物不适用；二是缺乏维护，部分园区50%设备基本无数据；三是准确性差，数据波动超过 10 倍以上，无法反应污染真实变化；四是核心部件传感器性能良莠不齐，整体网格化监测设备设计差异导致的监测误差，导致数据稳定性不佳。
| 对比项目 | PID | FID |
| 尺寸、重量 | 重量轻、体积小 | 重量大、体积大 |
| 数据线性 | 低浓度下线性良好 | 整个范围内线性好 |
| 监测范围 | 1ppb-10000ppm | 1ppm-50000ppm |
| 监测化合物 | 部分VOC类、部分无机气体 | VOCs类、很少无机气体 |
| 样品处理方式 | 非破坏性 | 破坏性 |
| 可靠性 | 受温湿度影响、寿命较短 | 寿命长、稳定 |
| 费用 | 低 | 高 |
