Loading article…
光イオン化検出器（PID ）はガス検出器の一種です。
一般的な光イオン化検出器は、10億分の1未満から10,000百万分の1 (ppm)までの濃度の揮発性有機化合物やその他のガスを測定します。光イオン化検出器は、多くのガスおよび蒸気分析対象物に対して効率的で安価な検出器です。PID は瞬時に読み取りを行い、連続的に動作し、ガスクロマトグラフィーの検出器として、または手持ちのポータブル機器として一般的に使用されています。手持ちのバッテリー駆動バージョンは、健康と安全のために軍事、産業、および閉鎖作業施設で広く使用されています。主な用途は、製造プロセスおよび廃棄物処理中に、溶剤、燃料、脱脂剤、プラスチックおよびその前駆物質、熱伝達流体、潤滑剤などの揮発性有機化合物( VOC) への作業者の曝露の可能性を監視することです。
ポータブル PID は監視に使用されます:
原理
光イオン化検出器では、高エネルギー光子（通常は真空紫外線（VUV）範囲）が分子を正に帯電した イオンに分解します。[2]化合物が検出器に入ると、高エネルギーUV光子の衝撃を受け、 UV光を吸収してイオン化され、電子が放出されて正に帯電したイオンが形成されます。イオンは電流を生成し、これが検出器の信号出力となります。成分の濃度が高いほど、生成されるイオンが多くなり、電流が大きくなります。電流は増幅され、電流計またはデジタル濃度ディスプレイに表示されます。イオンは、酸素や水蒸気との反応、再配置、断片化など、さまざまな反応を起こすことができます。イオンの一部は検出器内で電子を再捕捉して元の分子を再形成する可能性がありますが、そもそもイオン化されるのは空気中の分析物のごく一部であるため、これが実際に起こったとしても、その影響は通常無視できます。したがって、PID は非破壊的であり、複数の検出器構成で他のセンサーの前に使用できます。
PID は、PID ランプによって生成される光子のエネルギーと同等かそれ以下のイオン化エネルギーを持つ成分にのみ反応します。 [3]スタンドアロン検出器として、PID は広帯域で選択的ではありません。ランプの光子エネルギー以下のイオン化エネルギーを持つすべてのものをイオン化する可能性があるためです。より一般的な市販のランプの光子エネルギーの上限は、約 8.4 eV、10.0 eV、10.6 eV、および 11.7 eV です。クリーンエアの主要成分と微量成分はすべてイオン化エネルギーが 12.0 eV を超えているため、通常イオン化エネルギーが 12.0 eV 未満の VOC の測定に大きな干渉を与えることはありません。[4]
ランプの種類と検出可能な化合物
PID ランプの光子放出は、充填ガスの種類 (生成される光エネルギーを定義) とランプ ウィンドウによって決まり、ランプから放出される光子のエネルギーに影響します。
10.6 eV ランプは、出力が強く、寿命が最も長く、多くの化合物に反応するため、最も一般的です。感度が最も高いものから最も低いものの順に並べると、これらの化合物には次のものが含まれます。
- 芳香族化合物
- オレフィン
- 臭化物とヨウ化物
- 硫化物とメルカプタン
- 有機アミン
- ケトン
- エーテル
- エステルおよびアクリレート
- アルデヒド
- アルコール
- アルカン
- NH 3、H 2 S、PH 3などの無機物
アプリケーション
光イオン化検出の最初の商業的応用は、1973年に化学製造施設でVOC、特に塩化ビニルモノマー（VCM）の漏れを検出するために携帯型機器として使用されたときでした。光イオン化検出器は、3年後の1976年にガスクロマトグラフィー（GC）に適用されました。[5] PIDは、クロマトグラフィー技術またはベンゼン専用チューブなどの前処理チューブと組み合わせると、非常に選択的になります。より低エネルギーのUVランプを使用すると、イオン化しやすい化合物に対する選択性を広げることができます。この選択性は、一部の成分のみが対象である混合物を分析する場合に役立ちます。
PIDは通常イソブチレンを使用して較正され、他の分析対象物は濃度に基づいて相対的に高いまたは低い応答を生成する可能性があります。多くのPIDメーカーは、特定の化学物質の定量的検出のために補正係数を機器にプログラムする機能を提供していますが、PIDの幅広い選択性は、ユーザーが測定するガスまたは蒸気種の種類を高い確実性で知っておく必要があることを意味します。[4]ベンゼンの補正係数を機器に入力したが、代わりにヘキサン蒸気が測定された場合、ヘキサンの相対的な検出器応答が低い（補正係数が高い）ため、実際の空気中のヘキサン濃度が過小評価されることになります。
マトリックスガス効果
PID の上流にガスクロマトグラフ、フィルター チューブ、またはその他の分離技術を使用すると、分析対象物が干渉化合物から分離された状態で検出器に入るため、マトリックス効果は通常回避されます。
スタンドアロン PID への応答は、ppb 範囲から少なくとも数千 ppm までは一般に線形です。この範囲では、成分の混合物への応答も線形加算的です。[4]高濃度では、近接して形成された反対に帯電したイオンの再結合および/または 2) イオン化を伴わない UV 光の吸収により、応答は徐々に線形から外れます。[4] PID によって生成された信号は、高湿度環境で測定する場合、[6]またはメタンなどの化合物が体積比で 1% 以上の高濃度で存在する場合[7]に消光する場合があります。この減衰は、水、メタン、および高イオン化エネルギーを持つ他の化合物が、イオン電流の生成につながることなく UV ランプから放出された光子を吸収する能力によるものです。これにより、ターゲット分析物をイオン化するために利用できるエネルギー光子の数が減少します。
参考文献
- ^ Stauffer, E., Dolan, JA, Newman, R. (2008). 火災現場での可燃性液体残留物の検出。E. Stauffer、JA Dolan、R. Newman (編集者)、Fire Debris Analysis、pp. 131-161。Academic Press、https://doi.org/10.1016/B978-012663971-1.50009-9
- ^ Lovelock, JA (1960). ガスおよび蒸気の光イオン化検出器。Nature 188, 401. https://doi.org/10.1038/188401a0
- ^ Poole, CF、「ガスクロマトグラフィー：検出器」、P. Worsfold、C. Poole、A. Townshend、M. Miro（編集者）、分析科学百科事典（第3版）。Academic Press（2016年）135-147ページ。https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409547-2.11719-6
- ^ abcd Haag, WR および Wrenn, C.: PID ハンドブック - 直接読み取り型光イオン化検出器 (PID) の理論と応用、第 2 版、サンノゼ、カリフォルニア州: RAE Systems Inc. (2006)
- ^ Driscoll、JN、および JB Clarici: ガスクロマトグラフィーのための光イオン化検出器。クロマトグラフィア、9:567-570 (1976)。
- ^ Smith, PA, Jackson Lepage, C., Harrer, KL, および PJ Brochu: サリン蒸気の定量的検出および汚染物質の迅速な定性スクリーニングのためのハンドヘルド光イオン化装置。J. Occ. Env. Hyg. 4:729-738 (2007)。
- ^ Nyquist, JE, Wilson, DL, Norman, LA, および RB Gammage: メタン存在下での光イオン化検出器全有機蒸気検出器の感度低下 Am. Ind. Hyg. Assoc. J., 51:326-330 (1990).