फोटोआयनीकरण डिटेक्टर
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फोटोआयनीकरण डिटेक्टर या पीआईडी एक प्रकार का गैस अनुवेदक है।
विशिष्ट फोटोआयनाइजेशन डिटेक्टर वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों और अन्य गैसों को उप-भाग प्रति बिलियन से 10 000 भाग प्रति मिलियन (पीपीएम) तक सांद्रता में मापते हैं। फोटोआयनाइजेशन डिटेक्टर कई गैस और वाष्प विश्लेषणों के लिए एक कुशल और सस्ता डिटेक्टर है। पीआईडी तात्कालिक रीडिंग उत्पन्न करते हैं, लगातार काम करते हैं, और आमतौर पर गैस वर्णलेखन के लिए डिटेक्टर या हाथ से पकड़े जाने वाले पोर्टेबल उपकरणों के रूप में उपयोग किए जाते हैं। स्वास्थ्य और सुरक्षा के लिए सैन्य, औद्योगिक और सीमित कामकाजी सुविधाओं में हाथ से चलने वाले, बैटरी चालित संस्करणों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। उनका प्राथमिक उपयोग विनिर्माण प्रक्रियाओं और अपशिष्ट प्रबंधन के दौरान वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों (वीओसी) जैसे सॉल्वैंट्स, ईंधन, डीग्रीज़र, प्लास्टिक और उनके अग्रदूत, गर्मी हस्तांतरण तरल पदार्थ, स्नेहक इत्यादि के संभावित कार्यकर्ता जोखिम की निगरानी के लिए है।
पोर्टेबल पीआईडी का उपयोग निगरानी के लिए किया जाता है:
- औद्योगिक स्वच्छता और सुरक्षा
- पर्यावरण प्रदूषण और पर्यावरण निवारण
- खतरनाक सामान संभालना
- अमोनिया का पता लगाना
- कम विस्फोटक सीमा माप
- आगजनी जांच
- घर के अंदर हवा की गुणवत्ता
- साफ कमरा सुविधा का रखरखाव
सिद्धांत
एक फोटोआयनाइजेशन डिटेक्टर में उच्च-ऊर्जा फोटॉन, आमतौर पर वैक्यूम पराबैंगनी (वीयूवी) रेंज में, अणुओं को सकारात्मक विद्युत चार्ज आयनों में तोड़ते हैं। जैसे ही यौगिक डिटेक्टर में प्रवेश करते हैं, उन पर उच्च-ऊर्जा यूवी फोटॉन द्वारा बमबारी की जाती है और जब वे यूवी प्रकाश को अवशोषित करते हैं तो उनका आयनीकरण होता है, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनों का निष्कासन होता है और सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों का निर्माण होता है। आयन विद्युत धारा उत्पन्न करते हैं, जो काउंटर (डिजिटल) का सिग्नल (सूचना सिद्धांत) आउटपुट है। घटक की सांद्रता जितनी अधिक होगी, उतने अधिक आयन उत्पन्न होंगे, और धारा भी उतनी ही अधिक होगी। करंट एक एम्पलीफायर है और इसे एम्मिटर या डिजिटल सांद्रण डिस्प्ले पर प्रदर्शित किया जाता है। आयन ऑक्सीजन या जल वाष्प के साथ प्रतिक्रिया, पुनर्व्यवस्था और विखंडन सहित कई प्रतिक्रियाओं से गुजर सकते हैं। उनमें से कुछ अपने मूल अणुओं को सुधारने के लिए डिटेक्टर के भीतर एक इलेक्ट्रॉन को पुनः प्राप्त कर सकते हैं; हालाँकि शुरुआत में एयरबोर्न एनालिटिक्स का केवल एक छोटा सा हिस्सा ही आयनित होता है, इसलिए इसका व्यावहारिक प्रभाव (यदि ऐसा होता है) आमतौर पर नगण्य होता है। इस प्रकार, पीआईडी गैर-विनाशकारी हैं और मल्टीपल-डिटेक्टर कॉन्फ़िगरेशन में अन्य सेंसर से पहले इसका उपयोग किया जा सकता है।
पीआईडी केवल उन घटकों पर प्रतिक्रिया करेगा जिनकी आयनीकरण ऊर्जा पीआईडी लैंप द्वारा उत्पादित फोटोन की ऊर्जा के समान या उससे कम है। स्टैंड-अलोन डिटेक्टरों के रूप में, पीआईडी ब्रॉड बैंड हैं और चयनात्मक नहीं हैं, क्योंकि ये लैंप फोटॉन ऊर्जा से कम या उसके बराबर आयनीकरण ऊर्जा के साथ हर चीज को आयनित कर सकते हैं। अधिक सामान्य वाणिज्यिक लैंप में फोटॉन ऊर्जा की ऊपरी सीमा लगभग 8.4 eV, 10.0 eV, 10.6 eV और 11.7 eV होती है। स्वच्छ हवा के प्रमुख और छोटे घटकों में 12.0 ईवी से ऊपर की आयनीकरण ऊर्जा होती है और इस प्रकार वीओसी के माप में महत्वपूर्ण हस्तक्षेप नहीं होता है, जिसमें आमतौर पर 12.0 ईवी से नीचे की आयनीकरण ऊर्जा होती है।[1]
लैंप प्रकार और पता लगाने योग्य यौगिक
पीआईडी लैंप फोटॉन उत्सर्जन भराव गैस के प्रकार (जो उत्पादित प्रकाश ऊर्जा को परिभाषित करता है) और लैंप विंडो पर निर्भर करता है, जो लैंप से बाहर निकलने वाले फोटॉन की ऊर्जा को प्रभावित करता है:
| Main photon energy | Fill gas | Window material | Comments |
|---|---|---|---|
| 11.7 eV | Ar | LiF | Short-lived |
| 10.6 eV | Kr | MgF2 | Most robust |
| 10.2 eV | H2 | MgF2 | |
| 10.0 eV | Kr | CaF2 | |
| 9.6 eV | Xe | BaF2 | |
| 8.4 eV | Xe | Al2O3 |
10.6 ईवी लैंप सबसे आम है क्योंकि इसका आउटपुट मजबूत है, इसका जीवन सबसे लंबा है और यह कई यौगिकों पर प्रतिक्रिया करता है। सबसे संवेदनशील से कम से कम संवेदनशील तक के अनुमानित क्रम में, इन यौगिकों में शामिल हैं:
- सुगंधित पदार्थ
- ओलेफ़िन्स
- ब्रोमाइड्स और आयोडाइड्स
- सल्फाइड और मर्कैप्टन
- जैविक अमीन
- केटोन्स
- ईथर
- एस्टर और एक्रिलेट्स
- एल्डिहाइड
- शराब
- अल्केन्स
- एनएच सहित कुछ अकार्बनिक3, एच2एस, और पीएच3
अनुप्रयोग
फोटोआयनाइजेशन डिटेक्शन का पहला व्यावसायिक अनुप्रयोग 1973 में एक रासायनिक विनिर्माण सुविधा में वीओसी, विशेष रूप से विनाइल क्लोराइड मोनोमर (वीसीएम) के लीक का पता लगाने के उद्देश्य से एक हाथ से पकड़े जाने वाले उपकरण के रूप में किया गया था। फोटोआयनाइजेशन डिटेक्टर को तीन साल बाद, 1976 में गैस क्रोमैटोग्राफी (जीसी) में लागू किया गया था।[2] क्रोमैटोग्राफ़िक तकनीक या बेंजीन-विशिष्ट ट्यूब जैसी प्री-ट्रीटमेंट ट्यूब के साथ जोड़े जाने पर पीआईडी अत्यधिक चयनात्मक होती है। कम ऊर्जा वाले यूवी लैंप का उपयोग करके आसानी से आयनित यौगिकों के लिए चयनात्मकता में व्यापक कटौती प्राप्त की जा सकती है। यह चयनात्मकता उन मिश्रणों का विश्लेषण करते समय उपयोगी हो सकती है जिनमें केवल कुछ घटक ही रुचिकर होते हैं।
पीआईडी को आमतौर पर आइसोब्यूटिलीन का उपयोग करके कैलिब्रेट किया जाता है, और अन्य विश्लेषण एकाग्रता के आधार पर अपेक्षाकृत अधिक या कम प्रतिक्रिया उत्पन्न कर सकते हैं। यद्यपि कई पीआईडी निर्माता किसी विशिष्ट रसायन की मात्रात्मक पहचान के लिए सुधार कारक के साथ एक उपकरण को प्रोग्राम करने की क्षमता प्रदान करते हैं, पीआईडी की व्यापक चयनात्मकता का मतलब है कि उपयोगकर्ता को उच्च निश्चितता के साथ मापने के लिए गैस या वाष्प प्रजातियों की पहचान पता होनी चाहिए।[1]यदि बेंजीन के लिए एक सुधार कारक उपकरण में दर्ज किया गया है, लेकिन इसके बजाय हेक्सेन वाष्प को मापा जाता है, तो हेक्सेन के लिए कम सापेक्ष डिटेक्टर प्रतिक्रिया (उच्च सुधार कारक) हेक्सेन की वास्तविक वायुजनित सांद्रता को कम आंकने का कारण बनेगी।
मैट्रिक्स गैस प्रभाव
गैस क्रोमैटोग्राफ, फिल्टर ट्यूब, या पीआईडी के अपस्ट्रीम की अन्य पृथक्करण तकनीक के साथ, मैट्रिक्स प्रभावों से आम तौर पर बचा जाता है क्योंकि विश्लेषक हस्तक्षेप करने वाले यौगिकों से पृथक डिटेक्टर में प्रवेश करता है।
स्टैंड-अलोन पीआईडी की प्रतिक्रिया आम तौर पर पीपीबी रेंज से कम से कम कुछ हजार पीपीएम तक रैखिक होती है। इस श्रेणी में, घटकों के मिश्रण की प्रतिक्रिया भी रैखिक रूप से योगात्मक होती है।[1]उच्च सांद्रता पर, प्रतिक्रिया धीरे-धीरे रैखिकता से विचलित हो जाती है क्योंकि निकटता में गठित विपरीत रूप से चार्ज किए गए आयनों का पुनर्संयोजन होता है और/या 2) आयनीकरण के बिना यूवी प्रकाश का अवशोषण होता है।[1]उच्च आर्द्रता वाले वातावरण में माप करते समय पीआईडी द्वारा उत्पन्न सिग्नल बुझ सकता है,[3] या जब मीथेन जैसा कोई यौगिक मात्रा के हिसाब से ≥1% की उच्च सांद्रता में मौजूद हो[4] यह क्षीणन पानी, मीथेन और उच्च आयनीकरण ऊर्जा वाले अन्य यौगिकों की आयन धारा उत्पन्न किए बिना यूवी लैंप द्वारा उत्सर्जित फोटॉन को अवशोषित करने की क्षमता के कारण है। इससे लक्ष्य विश्लेषणों को आयनित करने के लिए उपलब्ध ऊर्जावान फोटॉन की संख्या कम हो जाती है।
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 Haag, W.R. and Wrenn, C.: The PID Handbook - Theory and Applications of Direct-Reading Photoionization Detectors (PIDs), 2nd. Ed., San Jose, CA: RAE Systems Inc. (2006)
- ↑ Driscoll, J.N., and J.B. Clarici: Ein neuer Photoionisationsdetektor für die Gas-Chromatographie. Chromatographia, 9:567-570 (1976).
- ↑ Smith, P.A., Jackson Lepage, C., Harrer, K.L., and P.J. Brochu: Handheld photoionization instruments for quantitative detection of sarin vapor and for rapid qualitative screening of contaminated objects. J. Occ. Env. Hyg. 4:729-738 (2007).
- ↑ Nyquist, J.E., Wilson, D.L., Norman, L.A., and R.B. Gammage: Decreased sensitivity of photoionization detector total organic vapor detectors in the presence of methane. Am. Ind. Hyg. Assoc. J., 51:326-330 (1990).