تکنولوژی Photo Ionization

تکنولوژی PID در ابتدا توسط دکتر جیمز در دانشگاه کمبریج در سال ۱۹۶۰ ابداع شد. این دستگاه نسبتا حجیم برای استفاده در لابراتور های کرموتوگرافی گاز استفاده می شده است. در ۴۰سال گذشته تحولات زیادی در رابطه با ارتقاء این تکنولوژی انجام شده که این امر نشان دهندهء اهمیت اندازه گیری توسط این تکنیک را نشان می دهد.

 قلب یک آشکارساز Photo Ionization یک منبع تابش نور فرابنفش است که الزاما یک نوع لامپ است. گونه های ابتدایی این لامپ ها با استفاده از الکترودهایی در داخل لامپ تولید می شده است که دارای حجم بسیار بزرگتری نسبت به لامپ های امروزی بوده است و البته هزینه تولید آن نیز بسیار گزاف است. لامپ های امروزه به صورت بدون الکترود می باشند و دارای هیچ الکترودی درون خود نمی باشند.این لامپ ها هم ارزان قیمت تر و هم دارای طول عمر بیشتری می باشد.

اصول عملکرد

نور فرابنفش، دسته از تشعشعات می باشد که دارای فرکانس بیشتری از نور مرئی می باشند و در طیف تشعشعات الکترومغناطیس جای می گیرند. به دلیل طول موج کوتاه تر و فرکانس بالاتر این اشعه دارای انرژی زیادی می باشد که برحسب "الکترون ولت " (eV) اندازه گیری می شود. این تابش به علت طول موج کوتاه دارای انرژی به مراتب بیشتری از تابش فروسرخ دارد.

لامپ PID

لامپ PID به مانند یک آمپول پزشکی بوده که در ابعاد متفاوت بنا به نوع سازنده قابل تهیه می باشد. این لامپ با یک گاز کم فشار نادر (خنثی) پر می شود. از آنجایی که الکترودی درون لامپ وجود ندارد که به طور مستقیم به گاز انرژی دهد تنها راه برانگیختن گاز استفاده از الکترود هایی در خارج از لامپ است. این عمل بشدت حجم لامپ را کاهش می دهد و این امکان را فراهم می کند که بتوان با استفاده از این لامپ های کوچک دستگاه های قابل حمل را ساخت. یک ولتاژ بالا و جریان کم بین الکترود ها برقرار می شود و ملکول های گاز برانگیختن می شوند. در این حالت اتم های گاز شروع به گسيل اشعه فرابنفس می کنند. طول موج نور فرا بنفش گسیل شده بستگی به نوع گازی دارد که در لامپ قرار دارد.برای مثال انرژی اشعه فرا بنفش حاصل از برانگیخته شدن گاز کریپتون برابر 10eV و 10.6eV است. این لامپ 10.6eV یکی از متداول ترین لامپ هایی است که می توان در آشکارسازهای PID یافت. از گاز های متفاوت دیگری نیز می توان استفاده کرد. شکل زیر نمایشگر طول موج های ساطع شده از گازهای آرگون ، کریپتون و زنون است.

پنجره خاص

اکثر مواد، تابش فرا بنفش را جذب می کنند و به آن اجازه عبور نمی دهند. به همین دلیل از شیشه هایی خاص در انتهای لامپ استفاده می شود تا امکان عبور نور فرا بنفش به بیرون از لامپ فراهم شود. ماده سازنده این پنجره بسیار نازک و شکننده که کریستال می باشد بنا به گاز موجود درون لامپ متفاوت است. برای مثال در لامپ های 10.6eV به طور معمول از گاز کریپتون و پنجره فلورید منیزیم استفاده می شود در صورتی که در لامپ 11.7eV که دارای انرژی بیشتری است از گاز آرگون و پنجره فلورید لیتیم استفاده می شود. گاز بعد از یونیزه شدن توسط اشعه فرا بنفش و تاثیر برروی الکترود های + و – سیگنالی تولید می نماید. این سیگنال توسط برد تقویت کننده ، تقویت می شود و برروی صفحه نمایش نمایان می گردد.

پتانسیل یونیزاسیون

هر گاز دارای یک پتانسیل یونیزاسیون یا Ionization Potential یا IP یکتا و منحصربفرد می باشد. گاز هایی که دارای مقدار IP کمتر از انرژی خروجی لامپ هستند را می توان ردیابی و اندازه گیری کرد. پتانسیل یونیزاسیون یا IP تعداد زیادی از گاز ها در جدول پیوست وجود دارد. در زیر مثال هایی از گازهای قابل ردیابی توسط لامپ های متفاوت می باشد:

۱.  گازهای قابل ردیابی با لامپ 9.5eV مانند بنزن، ترکیبات آروماتیک و آمین ها
۲. گاز های قابل ردیابی بین 9.5eV و 10.6eV مانند آمونیاک، اتانول و استون
۳. گازهای قابل ردیابی بین 10.6eV و 11.7eV مانند استیلن، فرمالدئید و متانول

یک لامپ 9.5eV گاز هایی با IP (پتانسیل یونیزاسیون) کمتر از 9.5eV را یونیزه می نماید و می تواند ردیابی کند ولی گاز هایی که دارای IP بیشتری از 9.5eV هستند را نمی تواند اندازه گیری نماید.

خلاصه

یک آشکار ساز PID با بهرگیری از نور فرابنفش جهت یونیزه کردن ملکول های گاز می تواند انواع گوناگونی از گاز ها را در بازه PPM و PPB ردیابی و اندازه گیری نماید و به طور معمول برای ردیابی و اندازه گیری گاز های VOC (ترکیبات آلی فرار) استفاده می شوند.

انتشار با ذکر منبع بلامانع است. حقوق متعلق به شرکت مهندسی تیما کالای تهران می باشد. تاریخ تدوین ۲۵ اردیبهشت ۱۳۸۶