ФИД. Принцип действия.

Принцип действия ФИД основан на ионизации газов посредством ультрафиолетового (УФ) излучения.
Схема работы ФИД приведена на рисунке 1.

 
Рисунок 1. – Схема работы ФИД

В основе  фотоионизационного детектирования лежит принцип измерения тока, образующегося в результате ионизации молекул газов и паров фотонами, излучаемыми  ВУФ-лампой (источником вакуумного ультрафиолетового излучения).

Контролируемый газ из окружающей атмосферы свободно проникает сквозь фторопластовый фильтр-мембрану в полость электродного блока, который ограничивается с одной стороны окном УФ-лампы, с другой стороны – газопроницаемой мембраной (фильтр-мембраной), и состоит из трех электродов – катода, анода и электрода-сетки. УФ излучение лампы ионизирует газ внутри электродного блока. Положительные и отрицательные ионы, образующиеся в результате ионизации, разделяются в электрическом поле, создаваемом разностью потенциалов между электродами – анодом и катодом. В результате ионизации определяемого вещества образуется электрический ток, который пропорционален концентрации ионизируемого газа.

Электродный блок ФИД, кроме анода и катода, содержит также электрод-сетку, который позволяет уменьшить влияние паров воды и иных загрязнителей на показания ФИД. Электрический ток фотоионизации преобразуется в напряжение, усиливается, преобразуется в значение массовой концентрации компонента и отображается на индикаторе.

Определяемые и обнаруживаемые вещества
Чувствительность ФИД сильно зависит от потенциала ионизации газа. Газоанализатор обнаруживает все вещества, у которых ионизационный потенциал ниже, чем энергия излучения УФ-лампы, и не обнаруживает соединения, имеющие ионизационный потенциал, превышающий энергию излучения лампы.
В серии Анкат-7631Микро и АНКАТ-7664Микро применяется ФИД, энергия ионизации УФ лампы которого составляет 10,6 эВ, соответственно, все газы, потенциал ионизации которых менее 10,6 эВ, обнаруживаются газоанализатором. Большинство промышленных загрязнителей воздуха имеют потенциал ионизации, не превышающий 10,6 эВ, что позволяет успешно определять присутствие данных загрязнителей в воздухе рабочей зоны.


Таблица определяемых компонентов с значением потенциала ионизации

Не могут быть обнаружены при помощи ФИД следующие типы веществ:
- вещества с потенциалом ионизации выше энергии ионизации лампы в основном это компоненты чистого воздуха (кислород, азот, аргон);
- вещества, концентрация паров которых при температуре проведения измерения ниже наименьшего уровня обнаружения ФИД (ниже нескольких млн^-1(ppm)).

Газоанализаторы могут быть использованы для контроля наличия и динамики изменения содержания обнаруживаемых веществ в воздухе, а также для выявления мест повышенной загазованности с последующим определением концентраций паров индивидуальных веществ специфичными методами.
Если в контролируемой воздушной среде содержатся пары двух или более обнаруживаемых веществ, газоанализатор может использоваться для контроля общей загазованности, а также оценки распределения массовой концентрации вредных веществ в рабочей зоне для выявления мест повышенной загазованности с последующим определением концентрации паров индивидуальных веществ специфичными методами.

Влияние неопределяемых компонентов
Пары воды могут привести к появлению выходного сигнала ФИД, эквивалентного нескольким мг/м³ определяемого компонента. Подобное явление наблюдается вследствие увеличения тока утечки электродного блока ФИД и может привести к росту нулевых показаний газоанализаторов. Кроме того, пары воды подавляют ионизацию, что приводит к снижению чувствительности газоанализаторов к определяемым компонентам при повышенной влажности окружающей среды. Высокое содержание метана или фреонов в воздухе в присутствии определяемого компонента также может привести к снижению чувствительности газоанализаторов вследствие подавления ионизации.

Поэтому при использовании ФИД-газоанализаторов  Анкат-7631Микро, Анкат-7664Микро  для контроля воздуха рабочей зоны необходимо учитывать:
1. Контролируемый компонент  должен иметь потенциал ионизации ниже 10,6 э. К данным компонентам относятся вредные вещества в воздухе, в том числе пары нефти и нефтепродуктов (ацетон, бензол, гексан, углеводороды нефти, этанол и другие).
2. ФИД - неселективный детектор, результаты измерений газоанализатора соответствуют суммарной концентрации измеряемых компонентов, присутствующих в анализируемой пробе. В случае, если в воздухе рабочей зоны присутствует несколько определяемых компонентов, то ФИД-датчик меряет суммарную концентрацию этих компонентов.
3. Чувствительность молекул ионизируемых компонентов различается  в десятки раз для различных газов, при использовании этого метода принято использовать коэффициенты пересчета, указанные в руководстве по эксплуатации на газоанализатор. Газоанализатор калибруется по определенному поверочному компоненту и концентрация этого компонента непосредственно выводится газоанализатором.

 Рассмотрим примеры использования ФИД-газоанализаторов :
- измерение содержания в воздухе паров углеводородов нефти и нефтепродуктов

В соответствии с требованиями охраны труда и пожарной безопасности во избежание несчастных случаев на предприятиях по переработке, хранению и транспортировки нефти и нефтепродуктов необходимо контролировать содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
Газоанализатор имеет диапазон измерений до 3 500 мг/м³, что позволяет  контролировать ПДК рабочей зоны (бензина - 100 мг/м³, нефти - 300 мг/м³)  до 5% НКПР (нефть - 2100 мг/м³, дизельное топливо - 3 460 мг/м³) - концентраций взрывоопасных, при которых запрещено проведение всех видов работ.

Измерения концентрации паров углеводородов нефти и нефтепродуктов следует проводить:
1. В помещениях производственных зданий (насосный зал, маслоприемник, в других помещениях, в которых размещено оборудование, связанное с обращением нефти (нефтепродуктов), в котельных (контроль углеводородов - для котельной на жидком топливе; метан - для котельной на газовом топливе. В производственных зданиях и помещениях постоянного нахождения обслуживающего персонала (операторная, ремонтная мастерская, производственная мастерская), где присутствуют источники возможных утечек газов и паров вредных и взрывоопасных веществ, но возможно попадание извне при неблагоприятных условиях (штиль, ветер со стороны источников загазованности).
2. Площадки обслуживания наружных взрывопожарных  установок.
3. Сливо-наливные железнодорожные эстакады, пункты налива нефтепродуктов в автомобильные цистерны, автозаправочные станции.
4. При проведении огневых и газоопасных работ.
5. Работы в колодце, траншее (котловане).
6. При проведении работ по ремонту зачистке резервуаров.

 


Отметим также, что необходимо учитывать  условия измерения концентраций на объекте (ветер, вентиляция, скопление влаги), т.к. прибор осуществляет измерения в режиме реального времени, то внешние факторы могут повлиять на измерения (открытая производственная площадка). Для предотвращения получения недостоверных показаний необходимо зафиксировать максимальное значение концентрации, полученное за период измерений.