• О КОМПАНИИ
• КАТАЛОГ
  • ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ
    • ПЕРЕНОСНЫЕ
    • СТАЦИОНАРНЫЕ
    • ГАЗОАНАЛИТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
    • КЛАПАНЫ
    • ПЫЛЕМЕРЫ
    • СЕНСОРЫ
    • ТЕЧЕИСКАТЕЛИ
    • ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
    • ВСЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ
  • АНАЛИЗАТОРЫ ВОДЫ
    • рН-МЕТРЫ
    • ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ
    • ИОНОМЕРЫ
    • КИСЛОРОДОМЕРЫ
    • КОНДУКТОМЕТРЫ
    • КОМБИНИРОВАННЫЕ ПРИБОРЫ
    • КОМПЛЕКТЫ
  • АНЕМОМЕТРЫ, ТЕРМОАНЕМОМЕТРЫ
  • ГИГРОМЕТРЫ, ТЕРМОГИГРОМЕТРЫ
    • ГИГРОМЕТРЫ
    • ТЕРМОГИГРОМЕТРЫ
    • ПСИХОМЕТРЫ
  • ИЗМЕРИТ. ПЛОТНОСТИ ТЕПЛ. ПОТОКА
  • ЛЮКСМЕТРЫ, КОЛОРИМЕТРЫ...
  • МАНОМЕТРЫ, БАРОМЕТРЫ
  • МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
  • СПЕЦОДЕЖДА, СПЕЦОСНАСТКА
  • ТЕРМОМЕТРЫ
  • УРОВНЕМЕРЫ, ДАТЧИКИ УРОВНЯ
  • ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
• ОТРАСЛИ
  • НЕФТЬ И ГАЗ
  • МЕТАЛЛУРГИЯ
  • ГОРНОДОБЫВАЮЩАЯ ПРОМ.
  • ХИМИЯ
  • ЭНЕРГЕТИКА
  • ТРАНСПОРТНАЯ ПРОМ.
  • МОРСКИЕ И РЕЧНЫЕ СУДА
  • ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНАЯ ПРОМ.
  • ПИЩЕВАЯ И ХОЛОДИЛЬНАЯ ПРОМ.
  • КОММУНАЛЬНОЕ ХОЗЯЙСТВО
  • ВОДОПОДГОТОВКА
  • СВЯЗЬ
  • ПОЛИЦИЯ, ФСБ, МЧС, АРМИЯ
• СЕРВИС
  • ПЕРЕСЧЕТ ЕДИНИЦ
  • ПОДБОР ПЕРЕНОСНОГО ГАЗ-РА
  • ПОДБОР СТАЦИОНАРНОГО ГАЗ-РА
  • ПОДБОР ПО ПАРАМЕТРАМ
  • ПОВЕРКА
  • РЕМОНТ
  • ПОИСК ПО ПРАЙСУ
• ПРАЙС
  • ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ
  • АНАЛИЗАТОРЫ ВОДЫ
  • АНЕМОМЕТРЫ, ТЕРМОАНЕМОМЕТРЫ
  • ГИГРОМЕТРЫ, ТЕРМОГИГРОМЕТРЫ
  • ИЗМЕРИТ. ПЛОТНОСТИ ТЕПЛ. ПОТОКА
  • КОЛОРИМЕТРЫ
  • ЛЮКСМЕТРЫ, ЯРКОМЕРЫ...
  • МАНОМЕТРЫ, БАРОМЕТРЫ
  • МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
  • ТЕРМОМЕТРЫ
  • УРОВНЕМЕРЫ, ДАТЧИКИ УРОВНЯ
  • ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
• ЗАКАЗАТЬ
• ДОСТАВКА
• БИБЛИОТЕКА
• КОНТАКТЫ

Печать

Фотоионизационные газоанализаторы Колион-1 для контроля предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны

Большинство загрязнителей воздуха промышленных являются вредными и взрывоопасными вещества и в соответствии с действующими правилами и нормами, их содержание в воздухе подлежит обязательному контролю. Качественный состав загрязнителей весьма разнообразен. Диапазон концентраций, который необходимо измерять, определяется предельно допустимыми воздуха рабочей зоны (ПДКврз) и довзрывопасными концентрациями (ДВК) контролируемого вещества и для различных веществ находится в пределах от долей мг/м3 (ПДКврз) до единиц %об. (ДВК). В настоящее время для такого контроля выпускается большое количество газоанализаторов, различающихся режимами работы, способами подачи пробы, габаритными размерам, массой и пр. Вместе с тем выбор детекторов, определяющих основные характеристики работы газоанализаторов – контролируемые вещества, диапазон измерений, стабильность, весьма ограничен. На сегодняшний день основными методами детектирования, применяемыми в газоанализаторах для контроля воздуха рабочей зоны, являются термокаталитический, колориметрический (индикаторные трубки), электрохимический, недисперсионный инфракрасный (ИК), фотоионизационный.

Работа термокаталитических сенсоров основана на измерении изменения сопротивления чувствительного элемента в результате каталитического окисления измеряемых компонентов кислородом воздуха. Эти сенсоры широко используются в составе как переносных, так и стационарных газоанализаторов для контроля взрывобезопасности воздушной среды. Недостаточная чувствительность и стабильность термокаталитических сенсоров не позволяет измерять ПДК компонентов.

В колориметрических индикаторных трубках используются реагенты, изменяющие цвет в результате реакции с измеряемым компонентом. Достоинствами колориметрического метода детектирования являются некоторая селективность, позволяющая в ряде случаев идентифицировать загрязнитель, широкий круг анализируемых компонентов, возможность контроля ПДК. Основные недостатки, ограничивающие применение этого метода - невозможность проведения непрерывного измерения, наличие расходуемого материала и значительная перекрестная чувствительность при измерении органических веществ.

В электрохимических сенсорах измеряется ток, возникающей в результате окислительно-восстановительной реакции, протекающей в ячейке детектора при появлении в ней измеряемого компонента. Электрохимические сенсоры на сегодняшний день фактически решили проблему измерения ПДК воздуха рабочей зоны неорганических компонентов.

Работа ИК-детектора основана на измерении интенсивности поглощения ИК излучения молекулами измеряемых компонентов. Достоинствами ИК-детектора являются стабильность, длительный срок службы, возможность селективного измерения метана в присутствии других углеводородов. Хотя в литературе имеются данные о возможности измерения ИК-детектором органических соединений различных классов, на практике этот детектор, в основном, используется в переносных и стационарных газоанализаторах для селективного измерения метана, н-алканов С1-С5 и диоксида углерода.

Измерение концентраций на уровне ПДК воздуха рабочей зоны требует высокой чувствительности и стабильности используемого газоаналитического оборудования. И, если проблема экспресс-контроля ДВК большинства органических веществ была решена уже в начале прошлого века, благодаря  использованию термокаталитических газоанализаторов, то контроль ПДК этих соединений долгое время проводился в основном лабораторными методами анализа с предварительным пробоотбором. Измерение концентраций на уровне ПДКврз органических веществ (единицы мг/м3), в том числе нефтепродуктов, insitu стало возможным с появлением фотоионизационных детекторов (ФИД).

В своем современном виде – с источником ВУФ-излучения, выполненном в виде отдельной лампы, ФИД был предложен в 1964 г. в СССР, а серийно стал выпускаться фирмой HNU Systems лишь в 1978 г..

В течение почти трех десятилетий существовало несколько изготовителей фотоионизационных газоанализаторов – HNU Systems, Photovac, MSA, Rae System (США). В настоящее время ФИД предлагается большинством зарубежных изготовителей газоаналитического оборудования, как детектор для измерения летучих органических соединений (VOC). В России основным производителем ФИД является ООО БАП «Хромдет-Экология», занимающееся фотоионизационным детектированием более 20 лет.

Работа ФИД основана на измерении тока, вызванного ионизацией молекул газов и паров фотонами, излучаемыми источником вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) излучения – ВУФ-лампы.

Схема ФИД газоанализаторов Колион-1

ВУФ-излучение через окно лампы выходит в ионизационную камеру, где установлены два электрода, один из которых соединен с источником питания, а другой с электрометром. В ионизационную камеру подается проба. Под действием излучения компоненты с энергией ионизации,  меньшей   энергии фотонов, испускаемых ВУФ-лампой, ионизируются. В ионизационной камере протекает ток, величина которого  пропорциональна концентрации примесей. При этом компоненты чистого воздуха, а именно кислород, азот,  аргон,  метан, оксид и диоксид углерода, имеющие более высокие потенциалы ионизации, не ионизируются. Фотоионизационный метод детектирования позволяет измерять концентрации большого числа органических веществ в диапазоне от единиц до тысяч мг/м3.

Важнейшим элементом ФИД  является ВУФ-лампа, которая определяет основные характеристики газоанализатора. К лампе предъявляется ряд жестких требований, касающихся срока службы,  стабильности светового потока, потребляемой мощности и пр.   Состав спектра, излучаемого лампой, зависит  от  газового заполнения и материала окна лампы. В качестве рабочей среды  в ВУФ-лампах применяется Ar, Kr, Xe или их смеси с He. Для выпуска излучения используются окна из монокристаллов MgF2 (для Kr, Xe) и LiF (для Ar). Кристалл LiF обладает высокой гигроскопичностью, в процессе эксплуатации в нем под воздействием излучения появляются центры окраски, поэтому ВУФ-лампы Ar/LiF имеют небольшой срок службы. На практике в основном  применяются ВУФ-лампы  Kr/MgF2. Такие лампы  излучают фотоны с энергией 10,02 и 10,64 эВ. Этой энергии достаточно для ионизации большинства загрязнителей воздуха. 

Энергия фотонов и срок службы ВУФ-лампами

В настоящее время в ФИД применяются два способа питания  ВУФ-ламп:  постоянным током (тлеющий разряд) и переменным током высокой частоты (безэлектродный разряд).  Лампы тлеющего разряда содержат электродную систему. В лампах криптонового  или ксенонового наполнения электродную систему иногда выполняют из титана. В процессе работы происходит распыление титана и поглощения его парами  молекулярных примесей, содержащихся в объеме лампы. Благодаря этому лампа тлеющего разряда  работает стабильно в течение длительного времени (тысячи  часов), сохраняя при этом постоянный состав спектра. В высокочастотных безэлектродных лампах нет такого эффективного поглотителя, и  поэтому они имеют худшую стабильность и меньший срок службы. Достоинством безэлектродных ламп является меньшее энергопотребление. Поэтому некоторые, в основном  зарубежные фирмы применяют в ФИД именно их. В разработку  отечественных ВУФ-ламп для ФИД большой вклад внесли сотрудники ГОИ им. Н. И. Вавилова (г. Санкт-Петербург) Л.П. Шишацкая и С.А. Яковлев, благодаря которым стало возможным появление фотоионизационных газоанализаторов в нашей стране.

Общим для всех типов ВУФ-ламп является наличие разрядного канала, обычно стеклянного, внутри которого поддерживается излучающий столб плазмы. В процессе работы лампы происходит взаимодействие плазмы с поверхностью стекла. При этом происходит освобождение из стекла молекул О2, СО, СО2, Н2О и др. Наиболее сильное воздействие оказывает бомбардировка поверхности стекла ионами тяжелых инертных газов. В результате происходит изменение газового состава лампы, что вызывает  появление неустойчивостей при горении разряда, изменение спектра и падение интенсивности излучения в ВУФ-области. Конструкция ВУФ-ламп не изменялась в течение нескольких десятилетий. В 2003 г. в ООО БАП «Хромдет-Экология»  был освоен выпуск  нового типа  ВУФ-ламп CDL-1050, в которых разрядный канал выполнен из корундовой керамики.

ВУФ-лампы CDL-1050 c керамическим разрядным каналом, используемые в ФИД газоанализаторов Колион-1

Замена стекла керамическими материалами увеличила срок службы ВУФ-ламп до 10000 часов, что позволило использовать их не только в портативных, но и в стационарных фотоионизационных газоанализаторах. Лампы CDL-1050 установлены во всех моделях фотоионизационных газоанализаторов КОЛИОН-1.

Достоинствами фотоионизационных газоанализаторов являются высокая чувствительность, быстродействие, устойчивость к концентрационным перегрузкам, стабильность, длительный срок службы, отсутствие влияния температуры окружающей среды, неограниченный срок хранения.

К недостаткам ФИД следует отнести влияние влажности анализируемого воздуха. Молекулы воды не ионизуются ВУФ-излучением (энергия ионизации > 12,5 эВ). Поглощение ВУФ-излучения водой в этой области невелико, кроме того, поглощение минимизировано благодаря небольшой толщине слоя, в котором происходит ионизация. Влияние влажности на результаты измерения ФИД обусловлено двумя процессами: конденсацией воды в ионизационной камере детектора, приводящей к повышенным показаниям в отсутствии измеряемого вещества (ток утечки), и конденсацией воды на поверхности окна ВУФ-лампы,  что уменьшает его  пропускную  способность  и тем самым  снижает чувствительность  детектора.  

Для устранения влияния влажности используются различные методы. Фирма Mine Safety Appliances Company вводит коррекцию результатов измерений в соответствии с относительной влажностью, для измерения которой в газоанализаторе установлен датчик влажности. Однако измерение влажности не предотвращает ее конденсацию. В ионизационной камере некоторых ФИД установлен защитный электрод, по которому «стекает» ток утечки. Но этот элемент не предотвращает конденсации на окне ВУФ-лампы. Кроме того, при загрязнении ионизационной камеры защитные возможности электрода заметно уменьшаются. В газоанализаторах КОЛИОН-1, выпускаемых ООО БАП «Хромдет-Экология»,  применяется нагрев ФИД. Для этого внутри детектора установлен нагреватель, поддерживающий температуру окна лампы на 20 °С выше температуры окружающей среды, что предотвращает конденсацию влаги на окне ВУФ-лампы и внутри ионизационной камеры.

Многие изготовители ФИД идут по пути минимизации его размеров, что диктуется необходимостью уменьшения размеров фотоионизационных газоанализаторов. В настоящее время выпускаются ФИД с размерами лишь незначительно превышающими таковые для электрохимических сенсоров. Для этого в ФИД значительно сокращают (до долей мм) расстояние между электродами в ионизационной камере. При таком расстоянии даже небольшая «дорожка», образованная сконденсированной влагой между электродами, приводит к возникновению тока утечки даже при наличии защитного электрода. Поэтому Руководства по эксплуатации зарубежных фотоионизационных газоанализаторов часто рекомендуют чистить ФИД или заменять электродную сборку при повышенных показаниях на чистом воздухе. Конструкция ионизационной камеры ФИД газоанализаторов Колион-1 такова, что электроды, между которыми протекает ионизационный ток, отделены друг от друга по поверхности изоляционного материала относительно большим по длине участком этой поверхности (более 30 мм). И даже, если на поверхности изоляционного материала, покрывающего большую часть поверхности

Использование нагреваемого ФИД увеличивает энергопотребление газоанализаторов КОЛИОН-1 и приводит к необходимости использовать аккумуляторы большей емкости и соответственно большей массы. Из-за нагрева ФИД, его конструкции  и использования ВУФ-ламп тлеющего разряда газоанализаторы Колион-1 уступают зарубежным аналогам по габаритным размерам и массе, но благодаря этим особенностям значительно превосходят их по сроку службы ВУФ-лампы, стабильности и устойчивости к воздействию повышенной влажности.

Внешний вид газоанализаторов Колион-1

Основные технические характеристики Колион-1

В газоанализаторах Колион-1 используется принудительный отбор пробы. Для проведения измерений в труднодоступных и удаленных местах применяется удлинитель пробоотборника длиной до 10 м.

Фотоионизационные газоанализаторы используются для измерения содержания в воздухе паров углеводородов нефти и нефтепродуктов, органических растворителей (сольвента, уайт-спирита, ацетона и пр.),  алифатических (кроме метана, этана и пропана), ароматические и непредельных углеводородов, хлоралкенов (винилхлорида, три- и тетрахлорэтилена), спиртов (кроме метанола), альдегидов (кроме формальдегида)  и кетонов, сложных эфиров, сероуглерода и других соединений, потенциал ионизации которых ниже энергии излучаемых фотонов.

Некоторые вещества, измеряемые ФИД

* - если приведено одно значение, то это максимальная разовая  ПДК.

ФИД - неселективный детектор, результаты измерений фотоионизационного газоанализатора соответствуют суммарной концентрации  измеряемой компонентов, присутствующих в анализируемой пробе. Поскольку чувствительность ФИД зависит от структуры молекулы ионизуемого  компонента и различается в десятки раз для разных веществ, при использовании этого метода детектирования принято использовать коэффициенты пересчета. Значения коэффициентов пересчета определяются на предприятии-изготовителе и являются постоянными для данного типа ФИД. В фотоионизационных газоанализаторах КОЛИОН-1 постоянство коэффициентов пересчета обеспечивается постоянством спектра излучения ВУФ-ламп, контролируемым при их изготовлении.

Предел детектирования ФИД позволяет измерять концентрации на уровне сотых долей мг/м3 и ниже. Такой предел детектирования достижим, например, при измерении содержания целевого компонента в ПГС в баллонах под давлением. Однако при определении возможности использования газоанализатора для контроля того или иного компонента помимо чувствительности детектора необходимо учитывать другие метрологические характеристики прибора и требования нормативных документов. В соответствии с п. 5.4 ГОСТ 12.1.005-88 погрешность измерений концентрации вредных веществ в воздухе, равных ПДК не должна превышать ± 25 % (при измерениях концентраций ниже ПДК - границы допускаемой абсолютной погрешности измерений должны составлять ± 0,25 ПДК в мг/м3).Погрешность измерения ФИД (±1,5 мг/м3 в диапазоне 0-10 мг/м3) газоанализаторов Колион-1 позволяет использовать их для измерения ПДКврз от 10 мг/м3. Для соединений с ПДКврз меньше 10 мг/м3 (например, меркаптанов, фенола, этиленоксида и пр.) газоанализатор Колион-1В можно использовать при проведении ремонтных работ, проводимых персоналом с использованием средств индивидуальной защиты, или при чрезвычайных ситуациях.

Верхняя граница диапазон измерения газоанализаторов КОЛИОН-1 обеспечивает измерения  концентраций компонентов до 5% НКПР (предельно допустимая взрывобезопасная концентрация, выше которой запрещено проведение огневых работ).

Стационарные модели фотоионизационных газоанализаторов КОЛИОН-1 так же, как и переносные модели, позволяют измерять концентрации многих веществ в воздухе на уровне ПДК. Некоторые вещества (например нефтепродукты) относятся к 4 классу опасности, непрерывный автоматический контроль их содержания на уровне ПДК в воздухе не требуется. Для их непрерывного контроля применяются газоанализаторы ДВК. Вместе с тем, более низкие пороги сигнализации позволяют своевременно, до возникновения аварийной ситуации, обнаруживать неполадки (например, утечки) в технологическом оборудовании  и принимать соответствующие меры.

Таким образом, фотоионизационные газоанализаторы позволяют проводить экспресс-измерения ПДКврз большого числа веществ и тем самым решить многие проблемы, связанные с контролем безопасности воздушной среды промышленных предприятий.  В настоящее время выпускаются двух-, трех- и четырехдетекторные переносные модели газоанализаторов Колион-1, в которых помимо ФИД, установлены электрохимические и термокаталитические сенсоры, что дает возможность селективно измерять некоторые  неорганические вещества, а также довзрывоопасные концентрации горючих веществ, включая метан.

Автор статьи: начальник отдела маркетинга ООО "БАП "Хромдет-Экология" Полотнюк Елена Борисовна.

Список литературы:

1. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. ГОСТ 12.1.005-88.
2. Гигиенические нормативы. ГН 2.2.5.1313-03.
3. Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. P 2.2.2006-05.
4. Типовая инструкция по общим правилам безопасности при проведении огневых работ на предприятиях нефтепродуктообеспечения ТОИ Р-112-15-95.
5. Миронов А. С. Фотоионизационный детектор для газовой хроматографии: А. С. 160032 СССР.
6. Driscoll J.N. Photoionization, Patent US 3933432.
7. Волкова Г. А., Шишацкая Л. П., Яковлев С. А., Принципы построения и основные характеристики маломощных ламп для вакуумной ультрафиолетовой области спектра, Оптический журнал, 1995, № 3, с. 66 – 70.
8. Будович В. Л., Будович Д. В, Газорязрядная УФ-лампа для фотоионизационного детектора, Патент на полезную модель № 36569.
9. Будович В. Л., Будович Д. В., Полотнюк Е. Б. Новые лампы вакуумного ультрафиолета для газоаналитической техники, Журнал технической физики, 2006, т. 76, вып. 4, с. 140-142.
10. Carnaham Byron L. Humidity compensation for a photoionization type detector, Patent US 4778998.
11. W.F.H. Dean, M.J.Stockdale, Ionization devices, Patent US 7046012.
12. Dolgov B., Forsberg D., Plug-in photoionization sensor. Patent EP 1331477.
13. Будович В. Л., Симонов И. В., Фотоионизационный детектор для газоаналитической аппаратуры. Патент № 2247975.