光離子化檢測技術及傳感器

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，廣泛應用于環境污染檢測、職業健康、疾病
預防等領域。在石油化工裝置的安全檢測、區域監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,對生產過程中意外故障導致的泄漏進行監測,實現對環境空氣污染控制, 并根據
限值啟動警報裝置，以監控生產裝置的運行狀況。檢測的數據也可用于設備運行情況分析，作為一種
設備診斷工具,協助調查生產工藝過程中的問題,為快速排除故障提供參考數據，微量的 TVOC 泄漏是
生產裝置故障的前兆。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 的檢測已經開始采用 PID 技術取代催化檢測技術, 這門技術的
國產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，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 數量級。RAEsystems 公司在 PID 檢測技術方面走在應用的前沿，從產
品小型化、清洗技術、檢測物質數據庫的建立等為 PID 的發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
燈發出的光，根據窗口材料的不同，輻射紫外光的波長有多種，氟化鎂晶體穩定的結構是紫外光柵的
優選材料。 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展水平的限制，光源與離子化池是在同一空間。因此產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 的研究與應用發展緩慢。 
 隨著材料科學的進一步發展，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量級，進入實用階段。至此，光離子化技術獲得迅速發展，RAE 公司在全
球將 PID 技術用于環境檢測。 
自動清洗技術 
光學檢測技術的特點要求檢測系統有較高的清潔度，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 檢測技術的產品化奠定了基礎。