氣體檢測儀的應(yīng)用和原理

　　A) 利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如半導(dǎo)體式(表面控制型、體積控制型、表面電位型)、催化燃燒式、固體熱導(dǎo)式等。

　　B) 利用物理性質(zhì)的氣體傳感器：如熱傳導(dǎo)式、光干涉式、紅外吸收式等。

　　C) 利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解質(zhì)式等。

　　根據(jù)危害，我們將有毒有害氣體分為可燃?xì)怏w和有毒氣體兩大類。

　　由于它們性質(zhì)和危害不同，其檢測手段也有所不同。

　　可燃?xì)怏w是石油化工等工業(yè)場合遇到最多的危險氣體，它主要是烷烴等有機氣體和某些無機氣體：如一氧化碳等。可燃?xì)怏w發(fā)生爆炸必須具備一定的條件，那就是：一定濃度的可燃?xì)怏w，一定量的氧氣以及足夠熱量點燃它們的火源，這就是爆炸三要素(如上左圖所示的爆炸三角形)，缺一不可，也就是說，缺少其中任何一個條件都不會引起火災(zāi)和爆炸。當(dāng)可燃?xì)怏w(蒸汽、粉塵)和氧氣混合并達(dá)到一定濃度時，遇具有一定溫度的火源就會發(fā)生爆炸。我們把可燃?xì)怏w遇火源發(fā)生爆炸的濃度稱為爆炸濃度極限，簡稱爆炸極限，一般用%表示。實際上，這種混合物也不是在任何混合比例上都會發(fā)生爆炸而要有一個濃度范圍。

　　如上右圖所示的陰影部分。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度低于LEL(最低爆炸限度)時(可燃?xì)怏w濃度不足)和其濃度高于UEL(最高爆炸限度)時(氧氣不足)都不會發(fā)生爆炸。不同的可燃?xì)怏w的LEL和UEL都各不相同(參見第八期的介紹)，這一點在標(biāo)定儀器時要十分注意。為安全起見，一般我們應(yīng)當(dāng)在可燃?xì)怏w濃度在LEL的10%和20%時發(fā)出警報，這里，10%LEL稱。作警告警報，而20%LEL稱作危險警報。這也就是我們將可燃氣體檢測儀又稱作LEL檢測儀的原因。

　　需要說明的是，LEL檢測儀上顯示的100%不是可燃?xì)怏w的濃度達(dá)到氣體體積的100%，而是達(dá)到了LEL的100%，即相當(dāng)于可燃?xì)怏w的最低爆炸下限，如果是甲烷，100%LEL=4%體積濃度(VOL).在工作中，以LEL方式測量這些氣體的檢測儀是我們常見的催化燃燒式檢測儀。它的原理是一個雙路電橋(一般稱作惠斯通電橋)檢測單元。在這其中的一個鉑金絲電橋上涂有催化燃燒物質(zhì)，不論何種易燃?xì)怏w，只要它能夠被電極引燃，鉑金絲電橋的電阻就會由于溫度變化發(fā)生改變，這種電阻變化同可燃?xì)怏w的濃度成一定比例，通過儀器的電路系統(tǒng)和微處理機可以計算出可燃?xì)怏w的濃度。直接測量可燃?xì)怏w的體積濃度的熱導(dǎo)式VOL檢測器也可以在市場上得到，同時，也已經(jīng)有了LEL/VOL合二為一的檢測器。VOL可燃檢測器特別適合于在缺氧(氧氣不足)的環(huán)境中測量可燃?xì)怏w的體積(VOL)濃度。

　　有毒氣體既可以存在于生產(chǎn)原料中，如大多數(shù)的有機化學(xué)物質(zhì)(VOC)，也可能存在于生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)的副產(chǎn)品中，如氨、一氧化碳、硫化氫等等。它們是對工作人員造成危害最大的危險因素。這種危害不僅包括立即的傷害，如身體不適、發(fā)病、死亡等等，而且包括對于人體長期的危害，如致殘、癌變等等。對于這些有毒有害氣體的檢測是我們發(fā)展中國家應(yīng)當(dāng)開始引起充分重視的問題。

　　隨氣體種類不同，其TWA、STEL、IDLH、MAC等值會有一定的不同目前，對于特定的有毒氣體的檢測，我們使用最多的是專用氣體傳感器。它可以包括上面。所列的所有氣體傳感器，也包括前兩章所介紹的光離子化檢測儀。其中，檢測無機氣體最為普遍、技術(shù)相對成熟、綜合指標(biāo)最好的方法是定電位電解式方法，也就是我們常說的電化學(xué)傳感器。

　　電化學(xué)傳感器的構(gòu)成是：將兩個反應(yīng)電極--工作電極和對電極以及一個參比電極放置在特定電解液中(如上圖如示)，然后在反應(yīng)電極之間加上足夠的電壓，使透過涂有重金屬催化劑薄膜的待測氣體進行氧化還原反應(yīng)，再通過儀器中的電路系統(tǒng)測量氣體電解時產(chǎn)生的電流，然后由其中的微處理器計算出氣體的濃度。

　　目前，可以檢測到特定氣體的電化學(xué)傳感器包括：一氧化碳、硫化氫、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、氨氣、氯氣、氰氫酸、環(huán)氧乙烷、氯化氫等等。檢測VOC檢測器可以使用前章介紹的光離子化檢測器。氧氣也是在工業(yè)環(huán)境中，尤其是密閉環(huán)境中需要十分注意因素。一般我們將氧氣含量超過23.5%稱為氧氣過量(富氧)，此時很容易發(fā)生爆炸的危險;而氧氣含量低于19.5%為氧氣不足(缺氧)，此時很容易發(fā)生工人窒息、昏迷以至死亡的危險。正常的氧氣含量應(yīng)當(dāng)在20.9%左右。氧氣檢測儀也是電化學(xué)傳感器的一種。

　　目前在選擇有毒有害氣體檢測儀時的問題：在我國，由于歷史和認(rèn)識上的原因，我們在選用各類檢測儀時存在的問題還比較多，具體體現(xiàn)在：

　　1)對可燃?xì)怏w的檢測重于對有毒氣體的檢測。

　　2)對可能引起急性中毒氣體的檢測重于對可能引起慢性中毒的氣體的檢測。

　　由于眾多可燃?xì)怏w泄漏所引起的爆炸事故的血的教訓(xùn)，使人們對于可燃?xì)怏w檢測十分重視，可以講，任何一個石化、化工廠，絕大多數(shù)的危險氣體檢測儀都是LEL檢測儀。但僅配備LEL檢測儀對于真正保護工人的安全和健康還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。不可否認(rèn)的是，大多數(shù)的揮發(fā)性危險氣體都是可燃?xì)怏w，但是，催化燃燒式的可燃?xì)怏w檢測儀(LEL)并不是對所有的可燃?xì)怏w檢測都是最佳選擇。它是專門為檢測甲烷設(shè)計的，而對其它物質(zhì)的檢測性能比較差。所以，它們可以檢測出的除甲烷以外的可燃?xì)怏w的下限濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于它們的允許濃度。

　　比如：對于苯、氨氣等危險有毒氣體，單純使用可燃?xì)怏w檢測儀就是一個十分危險的做法。比如，苯的爆炸下限是1.2%，它在LEL檢測儀上的校正系數(shù)是2.51，也就是說，苯在一個用甲烷標(biāo)定的LEL檢測儀上的顯示的濃度只是其實際濃度的40%!!這樣，用LEL可以檢測到的苯的最低警報濃度是10%LEL=10%*1.2%*2.51=3.0*10-3，這個濃度同苯的允許濃度5*10-6相比要高近600倍!!。同樣，氨在LEL檢測儀上得到的警報濃度1.5*10-2也要比其允許濃度2.5*10-5高大約600倍。因此根據(jù)所檢測氣體的不同，選擇特定有毒氣體檢測儀要比單純選擇LEL檢測儀更加安全可靠得多。

　　另外，目前我們對于可以引起急性中毒的氣體，比如硫化氫、氰氫酸等的檢測較為重視，但對于可以引起慢性中毒的氣體，比如芳香烴、醇類等的檢測重視不夠，其實后者對于工人健康和安全的危害絲毫不遜于可以引起急性中毒的氣體!它們可能引起癌變和其它的隱形病癥，影響工人的壽命和健康。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，除了認(rèn)識上的原因以外，以前市場上缺乏合適的、可以檢測較低濃度的有機氣體檢測儀也是一個重要的原因。隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展和人們健康認(rèn)識的提高，人們已經(jīng)不滿足于僅僅"高高興興上班來，平平安安回家去"，而是追求著更高的生活質(zhì)量和生活條件。人們不僅關(guān)心著今日的工作，更關(guān)心著明天----退休以后的生活。