光离子化检测技术及传感器

光离子化检测技术及传感器 
光离子化检测技术为基础的传感器，以下简称 PID，广泛应用于环境污染检测、职业健康、疾病
预防等领域。在石油化工装置的安全检测、区域监控方面也得到了广泛的应用。在工艺装置和管道附
近安装 PID 检测器,对生产过程中意外故障导致的泄漏进行监测,实现对环境空气污染控制, 并根据
限值启动警报装置，以监控生产装置的运行状况。检测的数据也可用于设备运行情况分析，作为一种
设备诊断工具,协助调查生产工艺过程中的问题,为快速排除故障提供参考数据，微量的 TVOC 泄漏是
生产装置故障的前兆。PID 检测技术在外很多炼油和化工装置中的应用已十分普遍。近几年来,
在我国的一些石油化工装置中对 TVOC 的检测已经开始采用 PID 技术取代催化检测技术, 这门技术的
国产化工作也取得了一定的进展。 
PID 包括以下技术： 
紫外光谱 
PID 检测技术采用的是 V-UV 波段的 100-200nm 波，这个波段是真空紫外灯光源，对大多数有机
化合物具有电离能力。 

真空紫外光技术 
以无极气体放电管技术为基础的真空紫外放电灯，光源内部没有电极，因此，光源寿命长，不存
在阴极溅射问题。工作时，放电管中的工作气体在整个管子的横截面上激发，3GPID 技术使紫光辐射
强度在垂直于辐射光进入样品池的平面上分布是均匀的。因而样品池中没有死体积，从而增加了检测
的器灵敏度，检出限可达 ppb 数量级。RAEsystems 公司在 PID 检测技术方面走在应用的前沿，从产
品小型化、清洗技术、检测物质数据库的建立等为 PID 的发展做了大量的研究工作。 
下面是离子化方程式，M 代表有机化合物分子，hν代表光子能量。M + hν → M + ? + e 
光栅技术 
光栅技术是 PID 的技术核心，9.8Ev、10.6eV、11.7eV 能量的控制由光栅决定的，真空紫外放电
灯发出的光，根据窗口材料的不同，辐射紫外光的波长有多种，氟化镁晶体稳定的结构是紫外光栅的
优选材料。 116.9 nm 波长的晶体是检测有机化合物常用的一种材料。下图是放电管填充的气体、光
栅材料与辐射能量的对应关系。 
 
离子化技术 
光离子化是气体的物理特性，首先将光离子化原理用于实际工程的是气相色谱仪，它的提出者是
Robinson。1961 年， Lovelock 在对色谱分析各种离子化技术的评论中，把 PID 与 FID 相比较，显
示出 PID 是相当有前途的检测技术。使用惰性气体放电可以有效地限制放电的辐射波长，使输出光
辐射主要为惰性气体的共振谱线，当时的 PID 光源大多使用 Ar 或 He 气放电。早期的 PID 技术受当
时的技术和材料科学发展水平的限制，光源与离子化池是在同一空间。因此产品化过程中遇到很多问
题，应用受到很大的限制，这项技术仅停留在研究阶段，因此 PID 的研究与应用发展缓慢。 
 随着材料科学的进一步发展，PID 的研究取得突破，人们终于找到了一种材料，无论是光学、机
械，还是化学物理性能都适于真空紫外光学元器件的制造。 Sevcik 和 Krysl 首先使用氟化物晶体
作窗口材料，将紫外光源与离子化池分开，使紫外灯在近真空状态下放电，而保持电离室在一个大气
压下工作，灯的真空紫外辐射几乎无损失地进入电离室，两者都在佳状态下工作。这样的设计使 PID Technology Note S002 
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在检测能力上提高了几个数量级，进入实用阶段。至此，光离子化技术获得迅速发展，RAE 公司在全
球将 PID 技术用于环境检测。 
自动清洗技术 
光学检测技术的特点要求检测系统有较高的清洁度，自动清洗技术是 PID 检测器正常工作的基本
保证，UV 光源发射的紫外光波，具有很高的能量，当这些光子作用到光学镜面上的污染物体时，光
子能量可以直接打开和切断有机物分子中的共价键，使有机物分子活化，由于大多数碳氢化合物对紫
外光具有较强的吸收能力，并在吸收紫外光的能量后分解成离子、游离态原子、受激分子和中子，这
就是光敏作用。空气中的氧气分子在吸收了紫外光后也会产生臭氧和原子氧，臭氧又分解为原子氧和
氧气，其中原子氧是极活泼的,在它的作用下，物体表面上的碳和碳氢化合物的分解物可化合成可挥
发的气体：二氧化碳、水蒸气、一氧化氮等逸出表面，从而*清除了黏附在光学器件表面上的有机
污染物。美国 RAEsystems 公司拥有多项 PID 检测技术，自动清洗技术就是其中一项重要技术，
它为 PID 检测技术的产品化奠定了基础。