Infos zur Photoionen-Detektion (PID) von Gasen

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1 Infos zur Photoionen-Detektion (PID) von Gasen Welche flüchtigen organischen Verbindungen (Versatile Organic Compound = VOC) werden durch PIDs erfasst? Die meisten VOCs können durch PIDs erkannt werden. Bemerkenswerte Ausnahmen sind niedermolekulare Kohlenwasserstoffe. Jedes VOC hat eine charakteristische Schwellenenergie des Lichts (Photonenenergie), die VOC-Fragmente in Ionen wandelt. Dies ist das Ionisationspotential oder IP genannt. Wenn die Photonenenergie größer ist als die Ionisations-Wechselwirkung mit der Gasprobe, tritt die Ionisation auf, und das Gas kann erkannt werden. Die Höhe der Photonen-Energie, die im Detektor generiert wird, ist abhängig von der verwendeten PID-Lampe: Xenon = 9,6 ev, Deuterium = 10,2 ev, Krypton = 10,6 ev Argon = 11,7 ev Die Verwendung einer Argon-Lampe würde zum Erkennen der meisten flüchtigen Verbindungen dienen, während die Verwendung einer Xenon-Lampe die Selektivität erhöhen kann. Aufgrund der Instabilität der Fenster wird von den 11,7 V-Lampen abgeraten. Diese werden auch nicht von uns angeboten. Standardmäßig wird die Kryptonlampe verwendet. Instabilität bedeutet in der Regel nicht, dass Lampen eines bestimmten Typs ihren typischen spektralen Fingerabdruck ändern. Die relative Empfindlichkeit eines bestimmten Lampentyps, z.b. einer Kryptonlampe, auf ein bestimmtes Gas, z. B. auf Benzol, ändert sich nicht von Lampe zu Lampe. Jedoch ändert sich die Intensität der Lampen bis zu einem gewissen Grad, was zu einer Differenz in der absoluten Reaktion des Gases gegenüber der Kalibration führt. Wie bei jedem anderen Detektor ist ausreichende Flüchtigkeit einer Verbindung auch für die Messung durch PIDs erforderlich. Ein ziemlich großes Molekül wie α-pinen, ein Bestandteil von Terpentin, ist bei 20 C in Luft gesättigt bei ungefähr 5000 ppm und ist in der Regel die maximalste Konzentration die nachgewiesen wird. Bei einigen Kombinationen, z. B. Maschinenöle und Agrochemikalien, die nur einige ppm Dampf bei Umgebungstemperaturen erzeugen, ist es schwieriger, diese Verbindungen in der Luft nachzuweisen.

2 Welche Lampe ist die Beste? Die Wahl der Lampe hängt von Anforderungen des Zielgases, Selektivität und Lebensdauer der Lampe ab. Üblicherweise wird die Kryptonlampe wegen ihrer Empfindlichkeit verwendet. Xenon-Lampe (9,6 V): Nachweis vieler Aromaten und ungesättigter VOC Verbindungen, die mindestens 6 Kohlenstoffatome (C6) oder mehr enthalten. Manchmal ist es von Vorteil die Xenon-Lampe zu verwenden, um selektivere Nachweise von Kombinationen wie BTEX(Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylole) zu gewährleisten. Bestellen Sie die 9,6 ev Lampe, wenn erforderlich. Krypton-Lampe (10,6 V) Einige C2 und vor allem C3, C4 + VOC werden nachgewiesen. Ausnahmen enthalten in der Regel Chlor, Fluor oder Brom. Sie können davon ausgehen, dass mit Krypton-PID folgende Stoffe nachgewiesen werden: Alle Kohlenwasserstoffe deren chemische Namen mit -an,-en oder in enden, mit Ausnahme von Methan, Ethan, Propan und Acetylen, aber auch wenn der Name Chlor, Fluor oder Brom enthält. Alle Alkohole deren chemische Namen mit -ol enden mit Ausnahme von Methanol oder häufig, wenn der Name Chlor, Fluor oder Brom enthält. Alle Aldehyde deren Namen in Aldehyd, außer Formaldehyd, oder auch wenn der Name Chlor, Fluor oder Brom enthält. Alle Ketone, deren chemische Namen mit on(e) enden, oder mit seltenen Ausnahmen, wenn der Name Chlor, Fluor oder Brom enthält. Alle Ester, deren Name mit ate enden, oder mit seltenen Ausnahmen, wenn der Name Chlor, Fluor oder Brom enthält. Alle Amine und Sulfide Argon Lampe (11,7 V) Alle VOCs, die mit der Kryptonlampe nachweisbar sind, plus Acetylen, Methanol, Formaldehyd und etwa 80% der flüchtigen organischen Verbindungen, deren chemische Bezeichnungen Fluor, Chlor und Brom sind. Allerdings hat diese Lampe eine sehr kurze Lebensdauer, weil die UV-Fenster aus Lithiumfluorid gemacht sind, die für Energieverluste anfällig sind. Deshalb sind sie nicht bei uns erhältlich.

3 Gibt es andere Möglichkeiten um VOCs zu messen? PIDs zeigen eine hervorragende Empfindlichkeit, einen großen Dynamikbereich und ermöglichen die Messung flüchtiger organischer Verbindungen vom ppb bis ppm Bereich in einem Hintergrund von anorganischen höheren Gaskonzentrationen. Aber es gibt auch andere Technologien um VOCs zu messen. Flammenionisationsdetektor (FID) Sehr ähnlich wie PIDs. FIDs werden häufiger in Labors zum Erfassen von VOCs aus einem Gaschromatographen verwendet. FIDs sind wie PIDs nicht selektiv. Es werden aber alle organischen Verbindungen, Methan eingeschlossen, gemessen. FIDs können sehr empfindlich und linear sein. Aber sie erfordern eine Wasserstoff-Quelle, sind sperrig und teurer. FIDs sind im Labor oder für feste Standorte gut. Für tragbare Messgeräte sind sie keine brauchbare Alternative. Tragbare Gaschromatographen/Massenspektroskope Dieses traditionelle Labor analytischer Instrumente sieht seinen Weg auf diesem Gebiet messtechnischer Anwendung mit gemischten Ergebnissen. Mikromechanisches Silizium (MEMS), tragbare und mobile GC/MS können noch eine echte Alternative werden, aber die Kosten sind unerschwinglich. Sie haben zwar den Vorteil selektiv zu sein, da es keine Breitbandanalyse ist, Größe, Kosten, die benötigte Vakuum-Pumpe und der Wartungsaufwand machen dies aber nur zur Alternative, wenn nichts anderes machbar ist. Thermodesorption oder Tedlar Probenbeutel Für retrospektive Analyse aller VOCs, die in Bodenproben, andere Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen adsorbiert werden, empfiehlt ASTM die Verwendung von Sammelröhrchen oder Tedlar Probenbeutel. Die Proben werden dann an ein Labor gesendet zur thermischen Desorptionsspektroskopie der Sammelröhrchen und Analyse, die herkömmlicherweise GC/MS verwendet. Dies ist die beste Technik, wenn ein spezielles Problem aufgeklärt werden muss, bietet aber eindeutig keinen Schutz in Echtzeit. Außerdem sind dies gemittelte Messungen und nicht punkt- /zeitspezifische. Elektrochemische Sensoren Sie können viele VOCs mit elektrochemischen Zellen mit einer Auflösung von 10 bis 200 ppb messen. Sie verursachen relativ niedrige Kosten, geringen Aufwand und sind kompakte Sensoren. Sensoren für VOC-Anwendungen können auf Wunsch angeboten werden. Sowohl PIDs als auch elektrochemischen Zellen sind Breitband-Sensoren, wenn auch mit einem anderen Profil - PIDs können mehr VOCs als elektrochemische Sensoren messen und das mit viel größerer Empfindlichkeit. Wenn Sie ein VOC mit elektrochemischen Zellen messen wollen, dann sollten Sie den elektrochemischen Sensor für die Ziel-VOC optimieren: Jedes VOC erfordert eine andere ideale Bias-Spannung für höchste Empfindlichkeit. Keine leichte Aufgabe. Elektrochemische Zellen reagieren in etwa 25 Sekunden, PIDs in 1-2 Sekunden. Metalloxid-Halbleiter-Sensoren (MOS) Metalloxid-Sensoren messen auch VOCs. Sie sind kompakt, kostengünstig und haben eine höhere Leistung als PIDs. MOS-Sensoren leiden unter der Empfindlichkeit gegenüber

4 Feuchtigkeit, nicht linearem Ausgang und Langzeit-Drift. Sie reagieren genauso auf anorganische Gase. Deshalb sollten Sie sie nicht benützen, wenn Sie versuchen, niedrige Konzentrationen von VOCs zu messen, wo Gase wie NO, NO2 oder CO in höheren Konzentrationen präsent sind. Bei der Anwendung von MOS-Technologie ist es leider fast ausgeschlossen falsche positive oder falsche negative Signale zu bekommen. Wenn Sie MOS verwenden möchten, dann sollten Sie langfristige Stabilität und geringe Feuchteempfindlichkeit vom Sensorhersteller verlangen. Wenn Sie eine hohe Empfindlichkeit benötigen, insbesondere auf VOCs, die nicht durch PIDs (d.h. z.b. viele FCKW), gemessen werden können, aber die Genauigkeit und Querempfindlichkeit keine Rolle spielt, bietet ein MOS-Sensor eine mögliche Lösung. Kolorimetrische Röhren (Farbreagens) Gut etablierte Technologie für die Probenahme für spezielle VOCs. Farbmetrischen Röhren gibt es schon seit Jahrzehnten, vor allem von Dräger oder Kittegawa. Sie haben den Vorteil geringer einmaligen Kosten und einer gewissen Spezifität, die Nachteile beinhalten die Entsorgung von chemischen Abfällen (die Einwegröhrchen enthalten oft giftige Chemikalien), schlechte Präzision, die menschliche Interpretation der Farbänderung, Probleme der Probeentnahme und nicht kontinuierliche Messungen: Sie sollten nicht zum Schutz verwendet werden, sondern nur zur qualitativen Probenahme.

5 Hinweise zur Wartung: Wie oft muss der PID gewartet werden? Dies hängt von der Umgebung ab, in der gemessen wird. Wenn Sie die Luftqualität in Innenräumen mit dem PID messen, wo die VOC-Konzentrationen niedrig sind und es nur wenige Partikel gibt, kann eine monatliche oder sogar weniger häufige Kalibrierung ausreichend sein. Wenn jedoch hohe VOC-Konzentrationen mit dem PID gemessen werden und Partikel in hohen Konzentrationen vorliegen, prüfen Sie die Kalibrierung häufiger, ebenso, wenn Sie feststellen, dass der PID seine Empfindlichkeit verloren hat Folgende Maßnahmen sind erforderlich: Reinigen Sie die Lampe, wenn: - die Empfindlichkeit zu stark gesunken ist (notieren Sie die entsprechenden Änderungen in einem Protokoll, wenn Sie eine Kalibrierung durchführen) Es wird empfohlen, dass eine PID- Zelle nach der Lampenreinigung neu kalibriert wird. Ersetzen Sie den Elektrodenstapel, wenn: - das Grundsignal ansteigt, nachdem der PID auf Null gesetzt wurde - wenn der PID empfindlich auf Feuchtigkeit reagiert - wenn die Grundlinie instabil ist oder sich verschiebt, wenn Sie den PID bewegen Der PID Elektrodenstapel kann die Lebensdauer des PID erreichen, wenn er in sauberer Umgebung verwendet wird. Er erreicht anderseits nur einen Monat, wenn er in stark kontaminierten Standorten eingesetzt wird. Der Elektrodenstapel ist ein Einweg-Artikel, so halten Sie stets Ersatz bereit, wenn Sie in einer schmutzigen Umgebung arbeiten. Wenn die PID-Zelle Anzeichen von Kontamination zeigt, nachdem das Lampenfenster gereinigt wurde, oder wenn bekannt ist, dass er einer starken Verschmutzung ausgesetzt war, sollte er ausgetauscht werden. Es wird empfohlen, die PID neu zu kalibrieren, nachdem der Stapel ersetzt worden ist. Tauschen Sie die PID-Lampe: - wenn die Lichtintensität zu schwach geworden ist und das Signal ausbleibt oder instabil ist Eine PID-Lampe funktioniert lange Zeit - in der Regel 5000 Stunden. Sie hat 6 Monate Garantie. Die Empfindlichkeit des PID ist direkt proportional zur Lampenlichtintensität. Wenn die Lampe altert und an Intensität verliert, wird das Signal auf eine Gaskonzentration instabil und verrauscht.