對于各類不同的生產(chǎn)場合和檢測要求,選擇合適的氣體檢測儀是每一個(gè)從事安全和衛(wèi)生工作的人員都必須十分注意的。這里我們將就一些具體情況做一介紹,供大家參考。

確認(rèn)所要檢測氣體種類和濃度范圍:

每一個(gè)生產(chǎn)部門所遇到的氣體種類都是不同的。在選擇氣體檢測儀時(shí)就要考慮到所有可能發(fā)生的情況。如果甲烷和其它毒性較小的烷烴類居多,選擇LEL檢測儀無疑是zui為合適的。這不僅是因?yàn)長EL檢測儀原理簡單,應(yīng)用較廣,同時(shí)它還具有維修、校準(zhǔn)方便的特點(diǎn)。如果存在一氧化碳、硫化氫等有毒氣體,就要優(yōu)先選擇一個(gè)特定氣體檢測儀才能保證工人的安全。如果更多的是有機(jī)有毒有害氣體,考慮到其可能引起人員中毒的濃度較低,比如芳香烴、鹵代烴、氨(胺)、醚、醇、脂等等,就應(yīng)當(dāng)選擇前章介紹的光離子化檢測儀,而不要使用LEL檢測器應(yīng)付,因?yàn)檫@可能會(huì)導(dǎo)致人員傷亡。

確定使用場合:

工業(yè)環(huán)境的不同,選擇氣體檢測儀種類也不同。

A) 固定式氣體檢測議:

這是在工業(yè)裝置上和生產(chǎn)過程中使用較多的檢測儀。它可以安裝在特定的檢測點(diǎn)上對特定的氣體泄漏進(jìn)行檢測。固定式檢測器一般為兩體式,有傳感器和變送組成的檢測頭為一體安裝在檢測現(xiàn)場,有電路、電源和顯示報(bào)警裝置組成的二次儀表為一體安裝在安全場所,便于監(jiān)視。它的檢測原理同前節(jié)所述,只是在工藝和技術(shù)上更適合于固定檢測所要求的連續(xù)、長時(shí)間穩(wěn)定等特點(diǎn)。它們同樣要根據(jù)現(xiàn)場氣體的種類和濃度加以選擇,同時(shí)還要注意將它們安裝在特定氣體zui可能泄漏的部位,比如要根據(jù)氣體的比重選擇傳感器安裝的zui有效的高度等等。

B) 便攜式氣體檢測儀：

由于便攜式儀器操作方便,體積小巧,可以攜帶至不同的生產(chǎn)部位,電化學(xué)檢測儀采用堿性電池供電,可連續(xù)使用1000小時(shí);新型LEL檢測儀、PID和復(fù)合式儀器采用可充電池(有些已采用無記憶的鐮氫或鯉離子電池),使得它們一般可以連續(xù)工作近12小時(shí),所以,作為這類儀器在各類工廠和衛(wèi)生部門的應(yīng)用越來越廣。

如果是在開放的場合,比如敞開的工作車間使用這類儀器作為安全報(bào)警,可以使用隨身佩戴的擴(kuò)散式氣體檢測儀,因?yàn)樗梢赃B續(xù)、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地顯示現(xiàn)場的有毒有害氣體的濃度。這類的新型儀器有的還配有振動(dòng)警報(bào)附件以避免在嘈雜環(huán)境中聽不到聲音報(bào)警,并安裝計(jì)算機(jī)芯片來記錄峰值、S(15分鐘短期暴露水平)和TWA(8小時(shí)統(tǒng)計(jì)權(quán)重平均值)為工人健康和安全提供具體的指導(dǎo)。

如果是進(jìn)入密閉空間,比如反應(yīng)罐、儲(chǔ)料罐或容器、下水道或其它地下管道、地下設(shè)施、農(nóng)業(yè)密閉糧倉、鐵路罐車、船運(yùn)貨艙、隧道等工作場合,在人員進(jìn)入之前,就必須進(jìn)行檢測,而且要在密閉空間外進(jìn)行檢測。此時(shí),就必須選擇帶有內(nèi)置采樣泵的多氣體檢測儀。因?yàn)槊荛]空間中不同部位(上、中、下)的氣體分布和氣體種類有很大的不同。比如:一般意義上的可燃?xì)怏w的比重較輕,它們大部分分布于密閉空間的上訊一氧化碳和空氣的比重差不多,一般分布于密閉空間的中慨而象硫化氫等較重氣體則存在于密閉空間的下部(如圖所示)。同時(shí),氧氣濃度也是必須要檢測的種類之一。另外,如果考慮到罐內(nèi)可能的有機(jī)物質(zhì)的揮發(fā)和泄漏,一個(gè)可以檢測有機(jī)氣體的檢測儀也是需要的。因此一個(gè)完整的密閉空間氣體檢測儀應(yīng)當(dāng)是一個(gè)具有內(nèi)置泵吸功能以便可以非接觸、分部位檢測具有多氣體檢測功能以檢測不同空間分布的危險(xiǎn)氣體,包括無機(jī)氣體和有機(jī)氣儂具有氧檢測功能防止缺氧或富輒體積小巧,不影響工人工作的便攜式儀器。只有這樣才能保證進(jìn)入密閉空間的工作人員的安全。

另外,進(jìn)入密閉空間后,還要對其中的氣體成分進(jìn)行連續(xù)不斷的檢測,以避免由于人員進(jìn)入、突發(fā)泄漏、溫度等變化引起揮發(fā)性有機(jī)物或其它有毒有害氣體的濃度變化。

如果用于應(yīng)急事故、檢漏和巡視，應(yīng)當(dāng)使用泵吸式、響應(yīng)時(shí)間短、靈敏度和分辨率較高的儀器，這樣可以很容易判斷泄漏點(diǎn)的方位。在進(jìn)行工業(yè)衛(wèi)生檢測和健康調(diào)查的情況時(shí)，具有數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計(jì)計(jì)算以及可以聯(lián)接計(jì)算機(jī)等功能的儀器應(yīng)用起來就非常方便。

目前，隨著制造技術(shù)的發(fā)展，便攜式多氣體（復(fù)合式）檢測儀也是我們的一個(gè)新的選擇。由于這種檢測儀可以在一臺(tái)主機(jī)上配備所需的多個(gè)氣體（無機(jī)/有機(jī)）檢測傳感器，所以它具有體積小、重量輕、相應(yīng)快、同時(shí)多氣體濃度顯示的特點(diǎn)。更重要的是，泵吸式復(fù)合式氣體檢測儀的價(jià)格要比多個(gè)單一擴(kuò)散式氣體檢測儀便宜一些，使用起來也更加方便。需要注意的是在選 擇這類檢測儀時(shí)，選擇具有單獨(dú)開關(guān)各個(gè)傳感器功能的儀器，以防止由于一個(gè)傳感器損害影響其它傳感器使用。同時(shí)，為了避免由于進(jìn)水等堵塞吸氣泵情況發(fā)生，選擇具有停泵警報(bào)的智能泵設(shè)計(jì)的儀器也要安全一些。

一、生產(chǎn)過程中常見的有毒、有害氣體介紹

在生產(chǎn)過程中對財(cái)產(chǎn)與人的健康、生命造成危害的因素大體上可以分為物理、化學(xué)與生物三方面。其中化學(xué)因素的影響危害性zui大。而有毒有害氣體又是化學(xué)因素中zui普遍、zui常見的部分。所以本部分重點(diǎn)介紹有毒有害的氣體知識(shí)。

根據(jù)危害我們將有毒有害氣體分為可燃?xì)怏w與有毒氣體兩大類。有毒氣體又根據(jù)他們對人體不同的作用機(jī)理分為刺激性氣體、窒息性氣體和急性中毒的有機(jī)氣體三大類。

其中刺激性氣體包括氯氣、光氣、雙光氣、二氧化硫、氮氧化物、甲醛、氨氣、臭氧等氣體。刺激性氣體對機(jī)體作用的特點(diǎn)是對皮膚、黏膜有強(qiáng)烈的刺激作用，其中一些同時(shí)具有強(qiáng)烈的腐蝕作用。刺激性氣體對機(jī)體的損傷程度與其在水中的溶解度與作用部位有關(guān)。一般來說，水溶性大的化學(xué)物，如氯氣、氨氣、二氧化硫等對眼和上呼吸道迅速產(chǎn)生刺激作用，很快出現(xiàn)眼和上呼吸道的刺激癥狀；水溶性較小的化學(xué)物，如光氣、二氧化氮等，對下呼吸道及肺泡的作用較明顯。刺激性氣體造成的病變的嚴(yán)重程度除化學(xué)物本身的性質(zhì)外，zui重要的是與接觸化學(xué)物的濃度和時(shí)間密切相關(guān)。短期接觸高濃度刺激性氣體，可引起嚴(yán)重急性中毒，而長期接觸低濃度則可造成慢性損傷。急性刺激性氣體中毒通常先出現(xiàn)眼及上呼吸道刺激癥狀，如眼結(jié)膜充血、流淚、流涕、咽干、咳嗽、胸悶等癥狀，隨后這些癥狀可減輕或消失，經(jīng)過幾小時(shí)至3天不等的潛伏期后癥狀突然重現(xiàn)，很快加重，嚴(yán)重者可發(fā)生化學(xué)性支氣管肺炎、肺水腫，表現(xiàn)為劇烈咳嗽、咯白色或粉紅色泡沫痰、呼吸困難、發(fā)紺等，可因肺水腫或并發(fā)急性呼吸窘迫癥等導(dǎo)致殘廢。

窒息性氣體包括一氧化碳、硫化氫、氰氫酸、二氧化碳等氣體。這些化合物進(jìn)入機(jī)體后導(dǎo)致的組織細(xì)胞缺氧各不相同。一氧化碳進(jìn)入體內(nèi)后主要與紅細(xì)胞的血紅蛋白結(jié)合，形成碳氧血紅蛋白，以致使紅細(xì)胞失去攜氧能力，從而組織細(xì)胞得不到足夠的氧氣。氰化氫進(jìn)入機(jī)體后，氰離子直接作用于細(xì)胞色素氧化酶，使其失去傳遞電子能力，結(jié)果導(dǎo)致細(xì)胞不能攝取和利用氧，引起細(xì)胞內(nèi)窒息。甲烷本身對機(jī)體無明顯的毒害，其造成的組織細(xì)胞缺氧，實(shí)際是由于吸入氣中氧濃度降低所致的缺氧性窒息。硫化氫進(jìn)入機(jī)體后的作用是多方面的。硫化氫與氧化型細(xì)胞色素氧化酶中的三價(jià)鐵結(jié)合，抑制細(xì)胞呼吸酶的活性，導(dǎo)致組織細(xì)胞缺氧硫化氫可與谷胱甘肽的巰基結(jié)合，使谷胱甘肽失活，加重了組織細(xì)胞的缺氧另外，高濃度硫化氫通過對嗅神經(jīng)、呼吸道黏膜神經(jīng)及頸動(dòng)脈竇和主動(dòng)脈體的化學(xué)感受器的強(qiáng)烈刺激，導(dǎo)致呼吸麻痹，甚至猝死。

急性中毒的有機(jī)溶劑有正己烷、二氯甲烷等。上述有機(jī)揮發(fā)性化合物同以上無機(jī)有毒氣體一樣，也會(huì)對人體的呼吸系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)造成危害，有的致癌，比如苯。由于有機(jī)化合物大多為可燃的物質(zhì)，所以對于有機(jī)化合物的檢測以前大多檢測他的爆炸性，但有機(jī)化合物的zui低爆炸極限遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它的MAC（空間zui大允許濃度）的值。也就是說，對有機(jī)化合物的毒性進(jìn)行檢測是必要的，也是必須的。

可燃性氣體的危害主要是氣體燃燒引起爆炸，從而對財(cái)產(chǎn)與人的生命造成危害。但可燃?xì)怏w發(fā)生爆炸必須具備一定的條件。一定量的可燃?xì)怏w、足夠的氧氣與點(diǎn)燃的火源。以上三個(gè)條件缺一不可。通常將可燃?xì)怏w發(fā)生爆炸的氣體濃度稱為zui低爆炸極限，一般用LEL表示。不同的可燃?xì)怏w具有不同的LEL。所以對于可燃?xì)怏w的檢測一般檢測它的LEL。

                   ＊：隨氣體種類不同，其TWA、S、IDLH、MAC等值會(huì)有一定的不同。

二、有毒有害氣體的檢測原理與分類

氣體檢測器的關(guān)鍵的部件為傳感器。氣體傳感器從原理可以分為三大類：

A）利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如半導(dǎo)體、催化燃燒、固體導(dǎo)熱、光離子化等。

B）利用物理性質(zhì)的氣體傳感器：如熱導(dǎo)、光干涉、紅外吸收等。

C）利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：電流型、電勢型等。

下面將結(jié)合有毒有害氣體檢測常用的幾種檢測器來介紹他們的原理。

對于常見的可燃?xì)釲EL的檢測，現(xiàn)在一般用催化燃燒檢測器。它的原理如下，傳感器的核心為一惠通斯電橋，其中一橋臂上有催化劑，當(dāng)與可燃?xì)怏w接觸時(shí)，可燃?xì)怏w在有催化劑的電橋上燃燒，該橋臂的電阻發(fā)生變化，其余橋臂的電阻不變化，從而引起整個(gè)電路的輸出發(fā)生變化，而該變化與可燃?xì)怏w的濃度成比例，從而實(shí)現(xiàn)對可燃?xì)怏w的檢測。從以上原理可知，通過該方法檢測可燃?xì)?，它以催化燃燒為基礎(chǔ)，所以它的分辨率較低。該方法的分辨率一般為1%LEL，大約為100PPm左右。所以對于有機(jī)氣體毒性的檢測不能采用該檢測方法。

對于常見有毒氣體的檢測，特別是無機(jī)毒氣，一般采用的傳感器進(jìn)行檢測。既定性又定量進(jìn)行檢測。該類傳感器大多為電化學(xué)傳感器。電化學(xué)傳感器一般為三電極的形式。其中目標(biāo)氣體在工作電極上發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的電流通過對電極構(gòu)成回路，參比電極為工作電極提供合適的偏值。傳感器通過參比電極與工作電極的催化劑實(shí)現(xiàn)選擇性反應(yīng)，即定性反應(yīng)?；芈樊a(chǎn)生的電流與氣體的濃度成正比，實(shí)現(xiàn)定量反應(yīng)。而一般的氧氣傳感器為兩電極傳感器，他的檢測原理與三電極大致相似，只是采用三電極的傳感器的輸出更穩(wěn)定，壽命更長。

對于有機(jī)揮發(fā)性氣體毒性的檢測，以前一般采用檢測管的方法，但由于檢測管的種類有限，且精度不高，操作麻煩，所以實(shí)際的應(yīng)用受到影響。目前世界上比較先進(jìn)的檢測方法為光離子化檢測方法，它的原理為，通過一紫外燈將目標(biāo)氣體電離，離子通過一傳感器收集形成電流，該電流與目標(biāo)氣體的濃度成正比，從而實(shí)現(xiàn)對有機(jī)揮發(fā)性氣體的定量檢測，由于是離子級別的檢測，所以該方法的分辨率高、響應(yīng)時(shí)間快。該方法的分辨率達(dá)到0.1PPm,zui高達(dá)到1PPb.從原理上可以知道,凡能被電離的有機(jī)物就能被儀器進(jìn)行檢測,而不能被電離的物質(zhì)就不能被檢測.由于大多書常見的無機(jī)氣體的IE都很高,所以不會(huì)對檢測進(jìn)行干擾.而大多數(shù)的有機(jī)氣體都能被電離,所以該檢測器對有機(jī)揮發(fā)性氣體來說,為寬帶檢測器.精度高、檢測范圍寬、響應(yīng)時(shí)間短、易操作等特性決定了該儀器特別適于安全與工業(yè)衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用。

有毒有害氣體的檢測原理和應(yīng)用

電化學(xué)傳感器

電化學(xué)傳感器可以檢測進(jìn)入密閉空間和在其間工作時(shí)遇到的各類有毒污染物。目前，對于干擾組份的響應(yīng)較小的特定物質(zhì)傳感器的數(shù)目還不是很多，大約為20種左右。另外一些是寬帶的污染物傳感器。電化學(xué)傳感器的特點(diǎn)是體積小、耗電小、線性和重復(fù)性較好、壽命較長。

市場上不僅可以見到安裝特定電化學(xué)傳感器的單一氣體檢測儀，還可以見到包含了氧氣、易燃易爆氣體和一個(gè)到三個(gè)電化學(xué)傳感器的復(fù)合式密閉空間檢測儀。

特定氣體電化學(xué)傳感器包括下面幾部分：可以滲過氣體但不能滲過液體的擴(kuò)散式隔膜；酸性電解液槽（一般為硫酸或磷酸）；傳感電極；測量電極；參比電極（三電極設(shè)計(jì)）；有些傳感器還包括一個(gè)可以濾除干擾組份的濾膜。

傳感電極可以催化一些特殊的反應(yīng)。隨傳感器不同，待測物質(zhì)將在電極上發(fā)生氧化或者還原反應(yīng)，并相對于測量電極產(chǎn)生正或負(fù)的電位差。雙電極系統(tǒng)意味著測量電極的電位要保持恒 定，而實(shí)際上，由于在兩個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)都會(huì)使電極極化，因而也限制了它們可以檢測的 濃度范圍。

三電極設(shè)計(jì)則有所不同，儀器測量的是在參考電極和傳感電極之間的電位變化，由于參考電極不參與反應(yīng)，它保持著恒電位，此時(shí)電位的變化就同濃度的變化直接有關(guān)。傳感器產(chǎn)生的電流直接同氣體的濃度成正比，并且有很寬的線性測量范圍。

City 公司的CO傳感器(Courtesy City Technology, Ltd.)

便攜式直讀儀器的傳感器室(包括PID,氧氣\電化學(xué)傳感器\易燃易爆氣體等)

下面用一氧化碳在電化學(xué)傳感器上的氧化過程描述一下它的檢測機(jī)理和非消耗型傳感器的設(shè)計(jì)CO在傳感電極上的氧化：

CO + H₂O -> CO₂ + 2H⁺ + 2e^-

計(jì)數(shù)電極通過將空氣或水中的氧氣還原對此進(jìn)行平衡。

1/2 O₂ + 2 H⁺ + 2 e^- ->H2O

在檢測過程中消耗的物質(zhì)僅僅是CO分子、電能和氧氣，這也是非消耗型傳感器壽命較長的原因。傳感器的壽命同它所測量污染物無關(guān)，傳感器僅僅是測量的催化劑。在檢測過程中傳感 器沒有任何的消耗，它可以通過環(huán)境中的氧氣和微量水分得到補(bǔ)充。

其它氣體電化學(xué)傳感器也同樣是這種非消耗型設(shè)計(jì)，包括：氯氣、氫氣、硫化氫、二氧化氮、磷化氫和二氧化硫等等。

有些操作環(huán)境會(huì)限制電化學(xué)傳感器的使用，比如，一個(gè)非消耗型的硫化氫電化學(xué)傳感器就不能測量沒有氧氣的天然氣管道中的硫化氫濃度。因?yàn)榇藭r(shí)一旦傳感器中的氧氣消耗殆盡，測 量也就結(jié)束了。而在重新放置在氧氣恒定的空氣中后，傳感器還會(huì)恢復(fù)正常。

事實(shí)上，如果電解液可以提供氧氣就意味著非消耗型傳感器可以在短時(shí)間內(nèi)檢測缺氧條件下的污染物濃度。這點(diǎn)對于某些氣體的校正就十分有利，因?yàn)槟承怏w，比如氯氣，在有氧氣 存在下的保存壽命很短，它的標(biāo)準(zhǔn)氣體瓶中一般都是由氮?dú)馄胶舛鴽]有氧氣。

有時(shí)需要在計(jì)數(shù)電極上使用一個(gè)偏置電壓，這有助于傳感器對特定化合物的檢測。這通常應(yīng)用于電活性較弱的氣體，比如氫氣和一氧化氮等。

有些污染物（如氨和氰化氫）的測定使用的是間接方法，它通過消耗傳感器中的物質(zhì)，比如金的傳感電極，來建立某種測量關(guān)系。

2 HCN + Au -> HAu(CN)₂ + H⁺ + e^-

此時(shí)，由于測量會(huì)消耗電極材料，所以這類傳感器的壽命同它所暴露的濃度有很大的關(guān)系。比如Cities公司的氨傳感器如果連續(xù)暴露于2ppm氨氣之中，它的壽命大約是一年（或者稱為2ppm年壽命）。如果暴露于4ppm的氨氣水平。則只有6個(gè)月的壽命。這樣，這種氨的傳感器就不適合于應(yīng)用于化肥廠，因?yàn)榇藭r(shí)的氨的濃度平均都在20-30ppm左右。

電化學(xué)傳感器性能比較穩(wěn)定、壽命較長、耗電很小、分辨率一般可以達(dá)到0.1ppm（隨傳感器不同有所不同）。它的溫度適應(yīng)性也比較寬（有時(shí)可以在-40到50°C 間工作）。然而，它的讀數(shù)溫度變化的影響也比較大。所以很多這種儀器都有軟硬件的溫度補(bǔ)償處理。

電化學(xué)傳感器的主要缺點(diǎn)是干擾。當(dāng)然在設(shè)計(jì)上，我們會(huì)盡可能排除或減少其它氣體的干擾。比如，有些傳感器使用一個(gè)過濾膜來去除其它物質(zhì)的干擾。檢測一氧化碳和硫化氫傳感器 的區(qū)別就是其過濾膜。過濾膜可以去除空氣中的硫化氫。而一氧化碳傳感器如果沒有這個(gè)過濾 膜，就被稱為"雙效"傳感器，它既可以檢測一氧化碳，又可以檢測硫化氫。一氧化碳傳感器對硫化氫的相對響應(yīng)是3.5:1.0，這意味著10ppm的硫化氫可能在一個(gè)一氧化碳傳感器上的讀數(shù)是10＊3.5或者35ppm。這有時(shí)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，因?yàn)榱蚧瘹涞腡WA值是10ppm而一氧化碳是35ppm，這意味著不論是一氧化碳或者硫化氫超標(biāo)都會(huì)引起儀器報(bào)警。

由于一種傳感器會(huì)對多種氣體同時(shí)響應(yīng)，用戶無法認(rèn)定是那種氣體引起讀數(shù)，也就是，用戶無法確定那種危險(xiǎn)存在，這也是很麻煩的事情。

的"雙效"一氧化碳/硫化氫傳感器采用4電極"COSH"設(shè)計(jì)，它包含兩個(gè)分離的傳感電極，一個(gè)用于檢測一氧化碳，一個(gè)用于檢測硫化氫。每個(gè)傳感器提供一個(gè)獨(dú)立的特定檢測并且可 以分別校正。為了增加選擇性，傳感器先進(jìn)行硫化氫的測定，而后通過反應(yīng)去除硫化氫，使之 無法到達(dá)檢測一氧化碳的電極。從而減少相互間的干擾。

如果可以確認(rèn)污染物的存在，使用傳感器。

無論如何，測量干擾還是存在的。在某些情況下，干擾是正的，傳感器的讀數(shù)比實(shí)際值要大；有些則相反。還原性氣體，比如硫化氫和一氧化碳會(huì)在電極上氧化，而氧化性氣體，比如氯氣、二氧化氮和臭氧，則在電極上還原。由于它們不同的行為，它們的干擾也就有所不同。

傳感器輸出上的影響

下表列出了電化學(xué)傳感器可能發(fā)生的干擾。隨反應(yīng)性質(zhì)的不同，可以存在正或負(fù)的干擾。每次測量都以100ppm干擾氣體進(jìn)行，干擾以百分?jǐn)?shù)表示。

用戶應(yīng)當(dāng)對這些干擾有一些了解，舉一個(gè)例子，氯氣傳感器會(huì)對10ppm的硫化氫有大約0.3ppm的讀數(shù)，或者說，如果測量時(shí)存在10ppm的硫化氫，那么氯氣的讀數(shù)應(yīng)當(dāng)"去除"0.3ppm。

必須強(qiáng)調(diào)的是，表中的內(nèi)容僅供參考，不能用于實(shí)際過程的計(jì)算。不同的廠家可能已經(jīng)對他們的傳感器進(jìn)行了改進(jìn)。

金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器

金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器（MOS）既可以用于檢測ppm級的有毒氣體也可以用于檢測百分比濃度的易燃易爆氣體。正如前面討論的那樣，MOS傳感器由一個(gè)金屬半導(dǎo)體（比如SnO₂)構(gòu)成。在清潔空氣中，它的電導(dǎo)很低，而遇到還原性氣體，比如一氧化碳或可燃性氣體，傳感元件的 電導(dǎo)會(huì)增加。如果控制傳感元件的溫度，可以對不同的物質(zhì)有一定的選擇性。

金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器 (MOS) （Ergonomics, Inc, 1996.)

MOS傳感器是一個(gè)寬帶檢測裝置，它們可以對很多有毒氣體和易燃易爆氣體響應(yīng)，這里也包括很難用其它方法檢測的鹵代烴。這種非選擇性在存在未知?dú)怏w的情況下很有用，此時(shí)，檢測 出有和沒有就已經(jīng)足夠了。

對于特定氣體的靈敏度是由數(shù)學(xué)方法決定的，一般的做法是將儀器用一系列的曲線編程，如果待測物質(zhì)性質(zhì)已知，則將儀器的讀數(shù)調(diào)整到合適的響應(yīng)上。

MOS傳感器的主要缺點(diǎn)是很難解釋讀數(shù)、濕度影響較大。當(dāng)濕度增加時(shí)，傳感器的輸出也增加。而當(dāng)濕度降低時(shí)，它的讀數(shù)即使在存在污染物時(shí)也可能很低，甚至為零。有時(shí)由于選擇曲 線錯(cuò)誤，可能會(huì)有誤報(bào)警。另外一個(gè)問題是MOS傳感器對常見污染物的檢測線性范圍相對較窄。在線性范圍之內(nèi)，檢測結(jié)果很準(zhǔn)確，而一旦濃度落在線性范圍之外，就只能確定"有或無"的檢測了，此時(shí)，它也就無法提供準(zhǔn)確的定量測定。

離子化檢測器簡介

危險(xiǎn)處理的初始目標(biāo)是先決定所有的污染物水平，然后用更為的分析方法來確認(rèn)初始確認(rèn)結(jié)果。常用的檢測揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的實(shí)時(shí)檢測的方法是離子化檢測器。一個(gè)能量源將中性分子中的一個(gè)電子脫開，所形成的帶電粒子被稱為離子。離子化檢測器使用收集盤將 離子收集形成的電流同待測污染物的濃度成正比。 離子化過程可以表述如下：

R -> R⁺ + e^-

將電子從分子中分離所需要的能量被稱為電離電位(IP)，它的單位是電子伏特(eV)。

光離子化檢測器(PID)使用紫外光源作為離子化能量源，而火焰離子化檢測器（FID）使用氫焰作為離子化源。但不論那種離子源，它的能量都要大于被檢測物質(zhì)的IP，才能對其進(jìn)行檢測。離子化檢測器是非的，因此它必須同其它的檢測手段結(jié)合。下表是一些常見化學(xué)物質(zhì)的電離電位。

一些化合物的電離電位

可以看出，水、氧氣、一氧化碳和其它自然界存在組份的離子化所需要的能量較高。

具有PID和FID的檢測儀器應(yīng)當(dāng)是檢測技術(shù)的補(bǔ)充而不是一種取代。因?yàn)樗鼈兌疾豢赡軝z測所有的污染物。

離子化檢測器是非的，也就是它們對可檢測的組份提供的是一種"寬帶"檢測。同時(shí)，儀器的讀數(shù)也同校正儀器時(shí)所用的氣體有關(guān)，只有檢測標(biāo)定過的氣體才可以得到準(zhǔn)確的結(jié)果， 而其它氣體的讀數(shù)可能比實(shí)際濃度高或者低（當(dāng)然，可以使用校正系數(shù)進(jìn)行換算，這點(diǎn)在以后 內(nèi)容中還要提及）。盡管PID和FID都可以檢測ppm甚至ppb級的污染物的存在，但是只有在其它檢測技術(shù)確認(rèn)以后，它們才能作為定量儀器使用。

離子化檢測器只能檢測特定的氣體和蒸氣，它不能檢測非揮發(fā)性的液體和固體、氣溶膠和某些有毒氣體和蒸氣。由于這種限制，即使是離子化檢測器的讀數(shù)為零也不能保證環(huán)境周圍沒 有污染物的存在。

光離子化檢測器 (PID)

光離子化檢測器使用一個(gè)高能量的紫外燈提供離子化的能量，該能量取決于它所產(chǎn)生的紫外光的能量?？梢愿鶕?jù)所檢測化合物的不同使用不同的紫外燈。光離子化過程如下：

RH + hu -> RH⁺ + e^-

量子hu代表等于或大于RH（待測分子）的能量。一般講，分子越小，它的結(jié)合能就越大，IP也就越高。而較大的分子，或具有雙鍵、三鍵的分子，IP值較低。被離子化的組份被離子腔收集產(chǎn)生電流，而電流正比于濃度。

紫外燈發(fā)出的能量決定了它所能檢測的化合物的種類。現(xiàn)在可以選擇的能量有9.5、9.8、10.0、10.2、10.6、11.7和11.8 eV（隨制造商不同）。大多數(shù)的產(chǎn)品允許在同一臺(tái)儀器上使用不同能量的紫外燈。所選擇的燈的能量越低、可能檢測的化合物種類就越少。反之亦然。

燈的能量越高，它所受到的物理限制也就越多。通常，燈的能量越高，它的壽命就越短。PID燈是由一個(gè)充滿低壓單一氣體或混合氣體（氧氣、氮?dú)狻錃饣螂礆猓┑牟Ａ輼?gòu)成。通過電流和輻射波使這些氣體激發(fā)產(chǎn)生紫外光，光束通過一個(gè)窗口射出。較高能量的燈(11.7eV和11.8eV)的窗口材料是由氟化鋰制成的，它很容易吸收水分和被燈自己發(fā)出的紫外光照射而衰變。因此，高能量燈的壽命比較短。在一般操作下可以使用1或2個(gè)月。另外，盡管高能量燈發(fā)出的能量會(huì)使更多的物質(zhì)離子化，但它產(chǎn)生的光通量卻要比低能量燈少，這就意味著高能量燈的 離子化電流比較低也容易產(chǎn)生漂移。

光離子化檢測儀原理示意圖（RAE Inc）

通過選擇燈的能量也可能改變選擇性，比如，9.8eV燈的能量輸出已足夠于檢測苯（IP為9.24eV），但對于很多其它物質(zhì)的離子化就不足，也就是無法檢測到。需要注意的是，9.8eV燈窗口材料（氟化鈣，或者夾有氟化鈣的三明治結(jié)構(gòu)）的壽命較短，正常操作下可以持續(xù)6個(gè)月。

10.6eV燈的窗口（氟化鎂）既不會(huì)吸收水蒸氣也不會(huì)被紫外線損壞，因此10.6 eV 燈的壽命就長一些，在一般操作下可以連續(xù)使用1-2年，同時(shí)，10.6eV燈的能量也足以檢測大多數(shù)的VOC，這樣10.6eV燈的使用也就廣泛得多。

PID儀器是非特性的，儀器的讀數(shù)是所有可檢測物質(zhì)的信號之和。同時(shí)，由于離子電位和其它物理性質(zhì)的不同，相同濃度的其它氣體可能產(chǎn)生的讀數(shù)不同。這樣，PID的讀數(shù)總是跟校準(zhǔn)氣體有關(guān)。校正是建立在對于一個(gè)已知濃度的已知?dú)怏w相應(yīng)的離子電流的基礎(chǔ)上。其它氣體的儀 器響應(yīng)是和它們本身的性質(zhì)有關(guān)的，一個(gè)10ppm的讀數(shù)表明儀器產(chǎn)生了一個(gè)與10ppm校正氣體相同的離子電流。其它氣體得到這個(gè)讀數(shù)的實(shí)際濃度可能多于也可能少于這個(gè)值。

由于PID讀數(shù)總是和校正氣體有關(guān)，因此這個(gè)讀數(shù)應(yīng)當(dāng)表述為與校正氣體相關(guān)的ppm單位，或者PID單位，而不要使用實(shí)際的濃度值，除非檢測的污染物同校正氣體一樣，或者儀器的讀數(shù)已經(jīng)得到校正。大多數(shù)的儀器制造商會(huì)提供一個(gè)表格，或者在儀器中存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)據(jù)庫來校正讀 數(shù)。更為先進(jìn)的設(shè)計(jì)則是允許用戶存儲(chǔ)一系列的曲線，然后調(diào)出來得到待測物質(zhì)的實(shí)際濃度。

需要強(qiáng)調(diào)的是，使用各類校正系數(shù)時(shí)也要遵循制造商的建議。在實(shí)際應(yīng)用中，校正系數(shù)可能受到環(huán)境條件，比如溫度和濕度的影響。尤其是濕度。盡管水蒸氣（IP為12.59eV）不能被PID燈離子化，但水蒸氣可以在離子化腔中反射、散射和吸收紫外線，因此，水蒸氣對于低濃度的污染物讀數(shù)還是會(huì)有阻礙。非離子化的蒸氣（那些IP值大于燈能量的污染物），比如甲烷，也可能像水蒸氣那樣散射紫外光，從而降低檢測器的靈敏度。對于某些PID設(shè)計(jì)，甚至高濃度的氧氣也會(huì)對測定靈敏度有影響?；旧险f，離子化腔和電流收集板間的距離越短，散射和降低的可能性越小，因此這種影響同檢測器的設(shè)計(jì)有很大的關(guān)系。

采樣進(jìn)到檢測腔中的灰塵和顆粒同樣會(huì)降低檢測器的靈敏度，同樣，沉積在窗口上的顆粒也可能減少燈對樣品的輻射，水蒸氣或其它較熱的氣體和蒸氣在窗口上的冷凝也有同樣的影響 。因此，有些制造商建議在每次使用前對燈進(jìn)行清洗。清洗的頻度同通過檢測腔的氣流有很大 的關(guān)系，在"軸向"氣流設(shè)計(jì)中，氣流直接射向燈的表面，可能會(huì)增加污染物沉積的機(jī)會(huì)，而"切向"氣流設(shè)計(jì)則是氣流平行通過燈的表面，就可能減少這種影響。進(jìn)一步的改進(jìn)可以是氣流以一定的角度進(jìn)入，這種"3D"設(shè)計(jì)進(jìn)一步的減少了沉積的機(jī)會(huì)，也大大減少了清洗的頻度。

不論何種設(shè)計(jì)，在顯示某些癥狀時(shí)，檢測器和燈還是需要清洗。這些癥狀包括：零點(diǎn)漂移、靈敏度降低明顯等等。定期對傳感器進(jìn)行清洗會(huì)清除沉積，恢復(fù)燈的靈敏度。清洗時(shí)要十分小心不要碰壞燈的窗口，否則就需要及時(shí)更換。

過去，光離子檢測器給人的印象是笨重、不穩(wěn)定和價(jià)格昂貴，這大大限制了它們在密閉空間進(jìn)入中的使用。在過去的幾年中，這些已經(jīng)有了巨大的改進(jìn)，今天，一個(gè)結(jié)構(gòu)小巧、復(fù)合式 的，包括LEL、氧氣、電化學(xué)傳感器和小型化的光離子檢測器已經(jīng)應(yīng)用于越來越多的密閉空間進(jìn)入的檢測之中。而且，在其它的一些領(lǐng)域，比如軍事和民用航空的機(jī)翼維修，PID檢測已經(jīng)成為行業(yè)規(guī)范。

火焰離子化檢測器

火焰離子化檢測器使用氫焰作為離子化能量，它也可以檢測大多數(shù)的有機(jī)化合物。在清潔空氣中，氫焰是沒有離子和不導(dǎo)電的，一旦碳?xì)滏I或碳碳鍵通過下面的方式電離：

RH + O ->RHO+ + e^- + CO₂ + H₂O

帶正電荷的碳離子就會(huì)被收集在負(fù)電盤上，離子電流正比于碳?xì)浠衔锏臐舛取?/P>

PID和FID之間的不同之處在于不同物質(zhì)之間的靈敏度差別。由于IP值的不同，PID對不同化合物鍵的靈敏度會(huì)有很大的不同，但FID對不同物質(zhì)的靈敏度變化不大，因?yàn)榇蛩橥瑯拥奶細(xì)滏I和碳碳鍵的能量相對一致。另一個(gè)顯著不同指出在于，F(xiàn)ID可以檢測甲烷，而PID不能。在傳統(tǒng)意義上，F(xiàn)ID更適合于檢測ppm級的甲烷和飽和的、不飽和鏈狀烷烴。但由于氫氧基（-OH）或氯基（Cl-）功能團(tuán)會(huì)降低FID的靈敏度，因此像氯、氨氣和氰化氫等無機(jī)物就無法檢測。

由于在使用FID時(shí)必須使用的一個(gè)高壓（16Mpa）氫氣瓶，因此它的充裝和存儲(chǔ)可能在實(shí)際應(yīng)用中遇到比較大的麻煩。另外，一個(gè)燃燒的氫焰也不是本質(zhì)安全的，這使之無法應(yīng)用于含有易燃易爆氣體的場合，碳的沉積也會(huì)對檢測靈敏度造成影響。

盡管FID相對過去已經(jīng)有了相當(dāng)大的改進(jìn)，但它們還是很少應(yīng)用于密閉空間進(jìn)入的測量之中?紅外檢測器

過去，紅外檢測儀就是一個(gè)笨重和昂貴的光譜儀。只有經(jīng)過培訓(xùn)的人員才能操作并得到準(zhǔn)確的結(jié)果。但是現(xiàn)代電子學(xué)和信號處理技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)改變了這種概念，現(xiàn)在已經(jīng)有了越來越多的用于檢測特定物質(zhì)檢測的固定光程紅外檢測器，比如用來檢測ppm級的二氧化碳、氟里昂和甲烷以及其它一些碳?xì)浠衔锏膬x器。

紅外分光光度計(jì)

現(xiàn)場紅外光度計(jì)包括一個(gè)寬帶范圍 (2.5 to 14.5μm)的紅外光源和一個(gè)可變光程的氣體池。光程越長，它的靈敏度越高。改變光程可以改變檢測的線性范圍（比如從ppm到百分比濃度的測定）。通過泵將空氣樣品引入檢測池，在其中吸收紅外輻射，然后用一個(gè)固態(tài)（熱堆）檢 測器測量吸光度。

紅外光度計(jì)可以對樣品進(jìn)行掃描以測定在那一個(gè)頻率處發(fā)生吸收。如果污染物已知，就可以固定頻率測定吸光度。還可以通過譜圖庫進(jìn)行定性。

特定物質(zhì)的紅外檢測儀

特定物質(zhì)的紅外檢測儀使用一個(gè)窄帶紅外光源。現(xiàn)有的檢測儀可以檢測二氧化碳、鹵代烴、甲烷和其它一些吸收明確的化合物。特定化合物紅外檢測儀無法進(jìn)行寬帶掃描定性。這類儀器的強(qiáng)項(xiàng)是檢測那些非活性物質(zhì)，比如二氧化碳等。這在密閉空間中也很有用。另外這類儀器也不像催化燃燒式傳感器那樣存在高濃度硫、硅或其它物質(zhì)的損壞問題。

光聲分析儀

由于吸收紅外能量產(chǎn)生的振動(dòng)增加是非常短暫的過程，它會(huì)很快將吸收的能量以熱的形式釋放。這種釋放會(huì)對周圍環(huán)境加熱，如果檢測腔密閉，則會(huì)增加其中的壓力。

光聲分析儀就是使用高靈敏的麥克風(fēng)來測量吸收紅外輻射后壓力的波動(dòng)的檢測儀器。光聲分析儀的靈敏度可以達(dá)到ppb級的水平，光聲分析儀可以直接測量吸收而不是通過透過率進(jìn)行計(jì)算得到。因此這種方法非常精密。軟件控制的光聲分析儀可以同時(shí)檢測15種污染物，并且通過干擾的交互補(bǔ)償對每一個(gè)化合物進(jìn)行檢測。

付立葉轉(zhuǎn)換紅外分析儀

現(xiàn)場便攜式付立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀（FTIR）是近幾年來活力的直讀儀器。它將參考（新鮮）空氣同污染空氣的吸光度通過Michaelson干涉儀進(jìn)行比較測量。由光源發(fā)出的紅外輻射被分成兩束，一束通過參比（清潔空氣），一束通過待測空氣，在"單置"儀器中，一個(gè)遠(yuǎn)置的反射器將光束返回檢測器，而在"分置"儀器中，光源和光路都遠(yuǎn)離檢測器。一個(gè)大型鏡面（直徑為20英寸）收集反射光。通過Michaelson干涉儀后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)干涉圖，然后通過付立葉轉(zhuǎn)換得到紅外譜圖。

FTIR與傳統(tǒng)的紅外光譜儀不同，它不是用一個(gè)內(nèi)置泵將樣品引入檢測腔，而是采用一個(gè)非常長的光路。在某些情況下，紅外源和反射器可以同檢測器相距400米遠(yuǎn)，使之可以進(jìn)行遠(yuǎn)程測量。

氣相色譜儀

氣相色譜是對氣體進(jìn)行定性和定量分析的*方法。它通過一個(gè)色譜分離柱將氣體中的不同組份分離，然后用一個(gè)檢測器對分離開的各個(gè)組份進(jìn)行定性和定量測量。這些檢測器包括 PID、FID、熱導(dǎo)、電子捕獲和氬離子化等等。由于氣相色譜需要使用分離技術(shù)進(jìn)行分離需要一定的時(shí)間，因此它無法進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。也就是說，它只能進(jìn)行"點(diǎn)測"而不是實(shí)時(shí)連續(xù)線性檢測。進(jìn)樣可以是自動(dòng)進(jìn)樣器，也可以通過手動(dòng)采集注射進(jìn)樣。

色譜儀所用的載氣隨儀器和檢測器的不同而有所不同，常用的載氣是"超純空氣"，其中的碳?xì)浠衔镆陀?.1ppm(用于PID)、氬氣（用于氬離子化檢測器）、氮?dú)夂秃獾鹊?。常見的非極性固定相介質(zhì)包括液體石蠟、硅油、鯊烯、飽和烴脂。中極性固定相包括烷基磺酸酯、二壬基臨苯二甲酸酯等，強(qiáng)極性固定相包括二甲基環(huán)丁砜、聚乙烯乙二醇等。

使用氣體檢測儀時(shí)需要注意的問題：

1）注意經(jīng)常性的校準(zhǔn)和檢測：

有毒有害氣體檢測儀也同其它的分析檢測儀器一樣，都是用相對比較的方法進(jìn)行測定的：先用一個(gè)零氣體和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)濃度的氣體對儀器進(jìn)行標(biāo)定，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線儲(chǔ)存于儀器之中，測定時(shí)，儀器將待測氣體濃度產(chǎn)生的電信號同標(biāo)準(zhǔn)濃度的電信號進(jìn)行比較，計(jì)算得到準(zhǔn)確的氣體濃 度值。因此，隨時(shí)對儀器進(jìn)行校零，經(jīng)常性對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)都是保證儀器測量準(zhǔn)確的* 的工作。需要說明的是：目前很多氣體檢測儀都是可以更換檢測傳感器的，但是，這并不意味著一個(gè)檢測儀可以隨時(shí)配用不同的檢測儀探頭。不論何時(shí)，在更換探頭時(shí)除了需要一定的傳感器活化時(shí)間外，還必須對儀器進(jìn)行重新校準(zhǔn)。另外，建議在各類儀器在使用之前，對儀器用標(biāo) 氣進(jìn)行響應(yīng)檢測，以保證儀器真正起到保護(hù)的作用。

2）注意各種不同傳感器間的檢測干擾：

一般而言，每種傳感器都對應(yīng)一個(gè)特定的檢測氣體，但任何一種氣體檢測儀也不可能是的。因此，在選擇一種氣體傳感器時(shí)，都應(yīng)當(dāng)盡可能了解其它氣體對該傳感器的檢測干 擾，以保證它對于特定氣體的準(zhǔn)確檢測。

3）注意各類傳感器的壽命：

各類氣體傳感器都具有一定的使用年限，即壽命。一般來講，在便攜式儀器中，LEL傳感器的壽命較長，一般可以使用三年左右；光離子化檢測儀的壽命為四年或更長一些；電化學(xué)特定 氣體傳感器的壽命相對短一些，一般在一年到兩年；氧氣傳感器的壽命zui短，大概在一年左右 。電化學(xué)傳感器的壽命取決于其中電解液的干涸,所以如果長時(shí)間不用，將其密封放在較低溫度的環(huán)境中可以延長一定的使用壽命。固定式儀器由于體積相對較大，傳感器的壽命也較長一些 。因此，要隨時(shí)對傳感器進(jìn)行檢測，盡可能在傳感器的有效期內(nèi)使用，一旦失效，及時(shí)更換。

4) 注意檢測儀器的濃度測量范圍:

各類有毒有害氣體檢測器都有其固定的檢測范圍。只有在其測定范圍內(nèi)完成測量，才能保。證儀器準(zhǔn)確地進(jìn)行測定。而長時(shí)間超出測定范圍進(jìn)行測量，就可能對傳感器造成*性的破壞,比如，LEL檢測器，如果不慎在超過100%LEL的環(huán)境中使用，就有可能*燒毀傳感器。而有毒氣體檢測器，長時(shí)間工作在較高濃度下使用也會(huì)造成損壞。所以，固定式儀器在使用時(shí)如 果發(fā)出超限信號，要立即關(guān)閉測量電路，以保證傳感器的安全。

常見氣體傳感器的濃度檢測范圍、分辨率、允許濃度和zui高承受濃度（ppm）

總之，有毒有害氣體檢測儀是保證工業(yè)安全和工作人員健康的有力工具。我們要根據(jù)具體的使用環(huán)境場合以及需要的功能，選擇合適的氣體檢測儀。目前，可供我們選擇的檢測儀包括 固定式/便攜式、擴(kuò)散式/泵吸式、單氣體/多氣體、無機(jī)氣體/有機(jī)氣體等等多種多樣的組合。只有選擇好了合適的氣體檢測儀器，才能真正做到事半功倍，防患于未然。