PID(광이온화 검출기)는 VOC 및 기타 유독 가스를 ppb(10억 분의 1)에서 최대 10,000ppm(백만 분의 1 또는 부피 기준 1%)까지의 저농도로 측정할 수 있습니다.
PID 작동원리
분자가 고에너지 자외선을 흡수하여 음전하를 띤 전자가 일시적으로 손실되고 양전하를 띤 이온이 생성.
이렇게 가스는 전기적으로 대전됩니다. PID측정기 내에서 대전된 입자는 전류를 생성하고, 이 전류는 증폭되어 측정기에 ppm (또는 ppb 로 표시).
이온은 측정기의 전극을 통과한 후 빠르게 재결합하여 원래 분자를 다시 형성합니다. 즉 PID는 비파괴적입니다. 측정대상 가스를 태우거나 변화시키지 않는 방식으로 사용될 수 있습니다.
PID 의 측정할 수 있는 것
가스가 측정기로 유입
가스가 자외선 램프로 유입
가스분자 이온화
전극센서에서 이온 측정
모든 원소와 화학 물질은 이온화될 수 있지만, 이온화를 위해 필요한 에너지의 양은 각각 다릅니다.
이온화하는 데 필요한 에너지를 이온화 전위(IP)라고 하며, 전자볼트(eV) 단위를 사용하며, 측정기 내부 UV 램프에서 방출되는 빛 에너지도 eV 단위로 표시합니다.
특정가스를 측정하기 위해 해당 가스를 이온화 시키기 위해 필요한 에너지량을 사용하여 해당 가스를 측정할 수 있습니다.
(주요 가스별 이온화 단계)
- 벤젠의 IP는 9.24 eV이며 ‘pid측정기 표준 10.6 eV 램프’로 감지됩니다.
- 메틸렌 클로라이드의 IP는 11.32 eV이며 11.7 eV 램프로만 감지됩니다.
- 일산화탄소의 IP는 14.01 eV이며 PID 램프로 이온화할 수 없습니다.
PID로 측정되는 가장 대표적인 성분은 탄소(C) 원자를 포함하는 유기 화합물입니다. (아래 리스트 참고)
- 방향족 화합물: 벤젠 고리를 포함하는 화합물
(벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌 등) - 케톤 및 알데히드: C=O 결합을 포함하는 화합물
(아세톤, 메틸에틸케톤(MEK), 아세트알데히드 등) - 아민 및 아미드: 질소를 포함하는 탄소 화합물
(디에틸아민 등) - 염소화 탄화수소: 트리클로로에틸렌
(TCE), 퍼클로로에틸렌(PERC) - 황 화합물: 메르캅탄, 황화물
- 불포화 탄화수소: 부타디엔 및 이소부틸렌 등
- 알코올: 이소프로판올(IPA) 및 에탄올 등
- 포화 탄화수소: 부탄 및 옥탄 등
PID는 유기 화합물 외에도 일부 무기 화합물을 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 무기 화합물은 탄소가 없는 화합물이며, 아래 리스트 참고
- 암모니아
- 반도체 가스: 아르신, 포스핀
- 황화수소
- 산화질소
- 브롬 및 요오드
PID 방식이 감지 하지 않는 것
- 방사선
- 공기(N₂, O₂, CO₂, H₂O)
- 일반 독성 물질(CO, HCN, SO₂)
- 천연가스(메탄, 에탄)
- 산성 가스(HCl, HF, HNO₃)
- 기타: 프레온, 오존(O₃), 과산화수소
- 비휘발성 물질: PCB, 그리스
(10.6 eV PID램프 )
PID 램프 - 9.8 / 10.6 / 11.7 eV
9.8 / 10.6 eV
램프의 에너지가 낮다는 것은 더 적은 화학 물질만 이온화시킬 수 있습니다. 그래서 이온화 에너지 수준이 낮은 특정화합물을 분리적으로 감지할 수 있습니다.
또한 9.8과 10.6ev 램프는 더 민감합니다. (고감도) 11.7 eV 램프는 감도가 상재적으로 무딥니다. 11.7 eV 램프의 불화리튬 결정은 많은 양의 빛 에너지를 통과시키지 못하기 때문에 11.7 eV 램프는 10.6eV 램프보다 어둡게 보이고 전극센서에 도달되는 자극이 작습니다.
매우 높은 감도가 필요한 응용 분야에는 대부분 10.6 eV (표준 규격) 램프가 권장됩니다.
예를 들어 포름알데히드의 OSHA TWA*는 0.75ppm에 불과합니다. 이 정도 수준을 감지하기 위해서는 11.7ev 가 아닌 더 낮은 eV수준의 램프가 필요합니다.
*미국 직업안전보건청(OSHA)이 정한 **시간 가중 평균(Time-Weighted Average)
11.7 eV
11.7eV 램프는 9.8eV 또는 10.6eV 램프보다 수명이 짧습니다.
모든 11.7eV 램프(허니웰, RAE사 외 다른 제조사 포함)에는 고에너지 자외선을 투과시키는 불화리튬(Lithium Fluoride)으로 제작된 커버가 있습니다. 불화리튬은 램프 유리에 밀봉하기가 더 어렵고, 흡습성이 매우 강하며, 사용하지 않을 때에도 공기 중의 수분을 쉽게 흡수합니다. 이로 인해 창이 부풀어 올라 창을 통해 투과되는 빛의 양이 감소합니다.
불화리튬은 또한 자외선에 의해 분해되므로 기기를 많이 사용할수록 손상이 커집니다. 이러한 요인들이 램프 수명 단축의 원인이 됩니다.
10.6eV 램프는 24~36개월 동안 사용할 수 있는 반면, 11.7eV 램프는 일반적으로 2~6개월 정도만에 수명이 다합니다.
이런 이유로 11.7 eV 램프는 IP가 10.6 eV를 초과하는 성분을 측정하는 경우에만 사용해야 합니다. (예: 메틸렌 클로라이드, 클로로포름, 사염화탄소 등)
11.7eV 램프 수명 관리
11.7eV 램프는 사용하지 않을 때 건조 환경(PID 내부 또는 외부)에 보관하면 수명을 연장할 수 있습니다. 실리카겔팩(방부제)을 담은 용기에 보관하면 됩니다.
PID 방식의 강점 / 약점
강점
매우 높은 측정감도.
PPBRAE 3000 같은 VOC측정기는 1PPB (0.001PPM) 까지도 감지할 수 있습니다.
강점
화학물질의 구분
특정 가스에만 선택적으로 반응되는 것이 아닌 여러 가스에 반응되므로 구체적인 가스를 다른 가스와 구별하여 측정하기 어렵습니다.
예를 들어 PID방식의 표준으로 사용되는 이소부틸렌 가스보다 톨루엔은 2배 더 높은 PID 반응성을 갖기 때문에, 만약 측정하려는 대상이 톨루엔이라면 측정값에 2배를 적용해주어야 합니다.
CF | 보정계수
CF |보정계수는 PID 사용에 있어 강력한 응용방식입니다. CF값은 특정 가스에 대한 PID 민감도를 측정합니다.
CF를 사용하면 한 가스에 대한 값으로 동시에 다른 가스의 농도를 환산할 수 있으므로 여러 보정 가스가 필요하지 않습니다.
PID 측정기 제조업체는 알려진 가스 농도에 대한 PID의 응답을 계산하여 보정 계수를 정합니다. (보정 계수는 일반적으로 기기 및/또는 제조업체에 따라 다름)
보정 계수가 편리하기는 하지만 측정 정확도를 극대화하려면 특정 해당 가스에 대해 보정하는 것이 가장 좋습니다.
이소부틸렌 가스로 교정하는 이유
이소부틸렌은 PID 감도 범위의 중간 지점에 있는 반응성을 가지고 있기 때문에 PID 교정에 사용되어 왔습니다.
비교적 쉽게 구할 수 있으며, 교정에 사용되는 저농도에서는 무독성 및 불연성특징으로 안전합니다.
과거 PID는 벤젠으로 교정되었지만, 발암성 때문에 벤젠 교정은 단계적으로 폐지되었습니다. PID는 일반적으로 이소부틸렌으로 교정되지만, 이온화 가능한 모든 다른 가스로도 교정할 수 있습니다. 예를 들어, PID를 염화비닐만 측정하는 데 사용하는 경우, 알려진 농도의 염화비닐을 사용하여 PID를 직접 교정할 수도 있습니다.
PID 방식의 VOC 측정 기타
타이곤튜빙 금지
타이곤 튜빙은 많은 화학 물질을 측정할 때 PID 판독값을 감소시키고, 타이곤 튜빙에서 오래된 화학 물질의 “가스 방출”로 인해 화학 물질이 존재하지 않아도 측정값을 유발할 수 있습니다.
PID 측정에는 테플론, 테플론 라이닝 타이곤 또는 이와 유사한 비반응성 튜빙만 사용해야 합니다.
테플론 튜빙은 화학 물질을 흡수하지 않지만, 코팅될 수 있기에 오염된 테플론 튜빙에 화학 물질이 묻은 경우 무수 메탄올(램프 세척액)로 세척후 사용해야 합니다.
PID 램프/센서 클리닝
PID 램프와 센서는 청소가 필요합니다. (잦은 청소는 오히려 램프와 센서를 소모시킬 수도 있음)
- 제로보정 후에도 수치가 표시되는 경
- 습기를 흡입한 경우
- 기기를 건드리는 것 만으로 값이 변화하는 경우
클리닝 방법
- 무수 메탄올(전용 램프 세척액)을 사용.
- 프로브(노즐)를 세척, 필터를 교체하거나 청소.
이 단계 후에도 PID가 안정적으로 0점을 유지하면 추가 세척이 필요하지 않을 수 있습니다. - 렌즈 티슈로 램프 표면을 닦으십시오. (절대 손으로 만지면 안 됨)
- 세척액에 담가 센서를 세척하십시오.
(초음파 세척기 사용 가능) - 센서/램프 건조
- 24시간 정도 충분히 자연건조 되도록.
