Instrumentelle Analytik

PID-Lampen sorgen für Sicherheit

Industrielle Prozesse, Lagerung von Chemikalien und Unfälle mit ausgelaufenen Chemikalien, Überwachung der Umwelt und persönliche Sicherheit sind Bereiche, in denen Gasdetektoren häufig benötigt werden. Dafür werden verschiedene Technologien eingesetzt, z. B. katalytische und elektrochemische Sensoren, Gaschromatographie, Flammen- oder Photoionisation und Ionenmobilitätsspektrometrie.

Photoionisationsdetektoren (PID) bieten im Vergleich zu anderen Technologien vielleicht die beste Lösung: Sie zeichnen sich durch hohe Reaktionsgeschwindigkeit, niedrige Nachweisschwellen und einfache Anwendbarkeit aus. Sie sind klein, tragbar und preiswert. Deshalb werden PIDs immer öfter zur ersten Wahl für Notfallteams, Industriewartung und öffentliche Sicherheit.

PID-Lampen garantieren Sicherheit in der Arbeitsumgebung. (Bild mit freundlicher Genehmigung von MSA - The Safety Company)

Einige typische Anwendungen sind:

  • Leckanzeige
  • Umkreisüberwachung
  • Auslaufdetektion
  • Sanierung
  • Branduntersuchungen
  • Überwachung von Schwellgrenzwerten für Dieselkraftstoff
  • Persönliche Schutzausrüstung
  • Dekontamination
  • Nachweis illegaler Drogen bei Strafverfolgungen

Funktionsweise

Bei der Photoionisation wird eine spezielle UV-Lampe eingesetzt, die energiereiche Photonen ausstrahlt. Das Energieniveau der Photonen hängt von der Art des Gases in der Lampe ab und wird in Elektronenvolt (eV) gemessen.

Wenn das nachzuweisende Gas Photonen absorbiert, regen diese die Gasmoleküle an, was zum Verlust von Elektronen und somit der Ionisierung des Gases führt. Die ionisierten Gasmoleküle und Elektronen werden als Strom im Detektor gemessen. Die Stromstärke ist proportional zu der Anzahl der ionisierten Moleküle bzw. der Konzentration der ionisierten Gasverbindung. Dies erlaubt die quantitative Messung der Konzentration.

Allerdings ist die Photoionisation nicht selektiv bezüglich des Gases, da alle Moleküle mit Ionisationspotentialen, die geringer als die Photonenenergie der Lampe sind, ionisiert werden. Die Methode ist zerstörungsfrei, so dass sie in Verbindung mit anderen nachgeschalteten Detektoren angewendet werden kann, um das Spektrum der Analysen zu erweitern.

Heraeus stellt PID-Lampen mit unterschiedlichen Photonenenergien her, so dass einige Verbindungen bei der Messung unterschieden werden können. Kürzlich wurde eine Lampe mit 10,0 eV auf den Markt gebracht, die sich speziell für die Messung von Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylolen (BTEX-Verbindungen) eignet.

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Anwendungen

Die Messung flüchtiger organischer Verbindungen (volatile organic compounds, VOCs) mit mobilen Photoionisationsdetektoren (PIDs) ermöglicht einen schnellen Nachweis mit hoher Empfindlichkeit. VOCs enthalten eine Vielzahl chemischer Verbindungen wie Toluol und Isobuten und kommen in vielen verschiedenen Industriebereichen vor. Die Expositionsgrenzwerte für diese Chemikalien können sehr gering sein, wenn die Exposition über einen langen Zeitraum stattfindet. Der Kontakt mit diesen Stoffen kann eine schwerwiegende Gesundheitsgefahr darstellen, nicht nur bei der Herstellung, sondern auch während ihres Transports. Deshalb ist der Nachweis von VOCs bei der Bekämpfung von Chemieunfällen äußerst wichtig. Das Gleiche gilt auch für Branchen, in denen die Exposition von Arbeitern begrenzt werden muss.

Viele VOCs sind auch brennbar und können mit anderen Technologien wie katalytischen Sensoren nachgewiesen werden, wobei die betreffenden Nachweisschwellen typischerweise im Bereich von Teilen pro Million (ppm) oder Teilen pro Milliarde (ppb) liegen. Zum Beispiel liegt die untere Explosionsgrenze (UEG) von Toluol bei 1,2 % bei einer zulässigen 8-Stunden-Exposition von 50 ppm. Die UEG ist 240-mal höher als der Grenzwert der Exposition während einer 8-Stunden-Schicht (1,2 % = 12000 ppm).

Es wird somit deutlich, dass zur Gewährleistung der Sicherheit von Arbeitern und anderen Personen eine Technologie mit einer höheren Empfindlichkeit benötigt wird. PIDs nutzen die spezifischen physikalischen Eigenschaften von VOCs, und viele häufig vorkommende VOCs besitzen Ionisationspotentiale, die niedriger als 10,6 eV sind - ein Bereich, der für PID-UV-Lampen typisch ist (siehe Tabelle 1).

Allerdings ist die Spezifität von PID-Sensoren begrenzt. Unterschiedliche Lampenenergien von z. B. 11,7 eV, 10,6 eV, 10,0 eV und 9,6 eV bieten eine gewisse Selektivität der Detektion, dennoch weisen sie lediglich die Gegenwart von VOCs nach und nicht deren Art. Viele Geräte mit PID-Sensoren besitzen eingebaute Umrechnungsfaktoren. Wenn man weiß, welche flüchtige organische Verbindung gemessen wird, kann man die ppm-Konzentration direkt am Display ablesen.

Heraeus Noblelight, ein führender Hersteller von Speziallichtquellen, liefert Photoionisationsdetektorlampen (PID-Lampen), die in modernen Gasdetektoren verwendet werden. Mit neuester Elektronik und Software können PID-Lampen in stabilen und einfach zu verwendenden mobilen Gaswarngeräten eingesetzt werden, um verlässliche Nachweisergebnisse zu erhalten.

Entwickungs- und Herstellungskompetenz

Heraeus hat die Materialien zur Herstellung von PID-Lampen sorgfältig ausgewählt und eingehend getestet, um eine hohe Qualität zu gewährleisten. Die entwickelten Herstellungsverfahren garantieren beispiellose Leistung und konsistente Ergebnisse über die gesamte Lampenlebensdauer. Eine hohe Reinheit des Gasspektrums während der gesamten Lebensdauer der Lampen wird durch den Einsatz eines speziellen internen Reinigers erreicht.

Heraeus stellt ein breites Sortiment von PID-Lampen für Standard- und kundenspezifische Anforderungen sowohl als HF- als auch als DC-Versionen her. Für tragbare Detektoren sind HF-Versionen die beste Wahl, da sie kleiner sind und weniger Energie benötigen, während DC-Geräte für Laborinstrumente bevorzugt werden. Weitere Informationen unter www.heraeus-noblelight.com.

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