光離子化檢測技術及傳感器
光離子化檢測技術為基礎的傳感器,，以下簡稱 PID,，廣泛應用于環(huán)境污染檢測、職業(yè)健康,、疾病
預防等領域,。在石油化工裝置的安全檢測、區(qū)域監(jiān)控方面也得到了廣泛的應用,。在工藝裝置和管道附
近安裝 PID 檢測器,對生產(chǎn)過程中意外故障導致的泄漏進行監(jiān)測,實現(xiàn)對環(huán)境空氣污染控制, 并根據(jù)
限值啟動警報裝置,，以監(jiān)控生產(chǎn)裝置的運行狀況。檢測的數(shù)據(jù)也可用于設備運行情況分析,，作為一種
設備診斷工具,協(xié)助調(diào)查生產(chǎn)工藝過程中的問題,為快速排除故障提供參考數(shù)據(jù),，微量的 TVOC 泄漏是
生產(chǎn)裝置故障的前兆。PID 檢測技術在外很多煉油和化工裝置中的應用已十分普遍,。近幾年來,
在我國的一些石油化工裝置中對 TVOC 的檢測已經(jīng)開始采用 PID 技術取代催化檢測技術, 這門技術的
國產(chǎn)化工作也取得了一定的進展,。
PID 包括以下技術：
紫外光譜
PID 檢測技術采用的是 V-UV 波段的 100-200nm 波，這個波段是真空紫外燈光源,，對大多數(shù)有機
化合物具有電離能力,。
真空紫外光技術
以無極氣體放電管技術為基礎的真空紫外放電燈，光源內(nèi)部沒有電極,，因此，光源壽命長,，不存
在陰極濺射問題,。工作時，放電管中的工作氣體在整個管子的橫截面上激發(fā),，3GPID 技術使紫光輻射
強度在垂直于輻射光進入樣品池的平面上分布是均勻的,。因而樣品池中沒有死體積，從而增加了檢測
的器靈敏度,，檢出限可達 ppb 數(shù)量級,。RAEsystems 公司在 PID 檢測技術方面走在應用的前沿，從產(chǎn)
品小型化,、清洗技術,、檢測物質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立等為 PID 的發(fā)展做了大量的研究工作。
下面是離子化方程式,，M 代表有機化合物分子,，hν代表光子能量,。M + hν → M + ? + e
光柵技術
光柵技術是 PID 的技術核心，9.8Ev,、10.6eV,、11.7eV 能量的控制由光柵決定的，真空紫外放電
燈發(fā)出的光,，根據(jù)窗口材料的不同,，輻射紫外光的波長有多種，氟化鎂晶體穩(wěn)定的結構是紫外光柵的
優(yōu)選材料,。 116.9 nm 波長的晶體是檢測有機化合物常用的一種材料,。下圖是放電管填充的氣體、光
柵材料與輻射能量的對應關系,。
離子化技術
光離子化是氣體的物理特性,，首先將光離子化原理用于實際工程的是氣相色譜儀，它的提出者是
Robinson,。1961 年,， Lovelock 在對色譜分析各種離子化技術的評論中，把 PID 與 FID 相比較,，顯
示出 PID 是相當有前途的檢測技術,。使用惰性氣體放電可以有效地限制放電的輻射波長，使輸出光
輻射主要為惰性氣體的共振譜線,，當時的 PID 光源大多使用 Ar 或 He 氣放電,。早期的 PID 技術受當
時的技術和材料科學發(fā)展水平的限制，光源與離子化池是在同一空間,。因此產(chǎn)品化過程中遇到很多問
題,，應用受到很大的限制，這項技術僅停留在研究階段,，因此 PID 的研究與應用發(fā)展緩慢,。
隨著材料科學的進一步發(fā)展，PID 的研究取得突破,，人們終于找到了一種材料,，無論是光學、機
械,，還是化學物理性能都適于真空紫外光學元器件的制造,。 Sevcik 和 Krysl 首先使用氟化物晶體
作窗口材料，將紫外光源與離子化池分開,，使紫外燈在近真空狀態(tài)下放電,，而保持電離室在一個大氣
壓下工作，燈的真空紫外輻射幾乎無損失地進入電離室,，兩者都在佳狀態(tài)下工作,。這樣的設計使 PID Technology Note S002
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在檢測能力上提高了幾個數(shù)量級,，進入實用階段,。至此，光離子化技術獲得迅速發(fā)展,，RAE 公司在全
球?qū)?PID 技術用于環(huán)境檢測,。
自動清洗技術
光學檢測技術的特點要求檢測系統(tǒng)有較高的清潔度，自動清洗技術是 PID 檢測器正常工作的基本
保證,，UV 光源發(fā)射的紫外光波,，具有很高的能量，當這些光子作用到光學鏡面上的污染物體時,，光
子能量可以直接打開和切斷有機物分子中的共價鍵,，使有機物分子活化，由于大多數(shù)碳氫化合物對紫
外光具有較強的吸收能力,，并在吸收紫外光的能量后分解成離子,、游離態(tài)原子、受激分子和中子,，這
就是光敏作用,。空氣中的氧氣分子在吸收了紫外光后也會產(chǎn)生臭氧和原子氧,，臭氧又分解為原子氧和
氧氣,，其中原子氧是極活潑的,在它的作用下，物體表面上的碳和碳氫化合物的分解物可化合成可揮
發(fā)的氣體：二氧化碳,、水蒸氣,、一氧化氮等逸出表面，從而*清除了黏附在光學器件表面上的有機
污染物,。美國 RAEsystems 公司擁有多項 PID 檢測技術,，自動清洗技術就是其中一項重要技術，
它為 PID 檢測技術的產(chǎn)品化奠定了基礎,。
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