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氣體檢測技術與氣體檢測儀的選擇
氣體檢測對生產過程中有毒有害氣體進行檢測，在我國已有相當長的歷史。但過去由于經濟條件與技術所限，氣體的檢測大都出于安全考慮，對氣體直接造成的危害的考慮大于間接危害的考慮，即主要考慮氣體的爆炸與急性中毒事件。但隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，人們不但要求上班后平安的回家，而且還追求退休后能有健康的生活。即人們愈來愈重視工業衛生方面的問題。我國政府也充分意識到了這一點，不但成立了專門的政府機構，而且還從法律的角度提供了保障，相繼出臺并實施的《安全生產法》與《職業病防治法》體現了這一點。所以對目前條件下氣體檢測的技術與氣體檢測儀的選擇提出了更高的要求。
一、生產過程中常見的有毒、有害氣體介紹
在生產過程中對財產與人的健康、生命造成危害的因素大體上可以分為物理、化學與生物三方面。其中化學因素的影響危害性zui大。而有毒有害氣體又是化學因素中zui普遍、zui常見的部分。所以本部分重點介紹有毒有害的氣體知識。
根據危害我們將有毒有害氣體分為可燃氣體與有毒氣體兩大類。有毒氣體又根據他們對人體不同的作用機理分為刺激性氣體、窒息性氣體和急性中毒的有機氣體三大類。
其中刺激性氣體包括氯氣、光氣、雙光氣、二氧化硫、氮氧化物、甲醛、氨氣、臭氧等氣體。刺激性氣體對機體作用的特點是對皮膚、黏膜有強烈的刺激作用，其中一些同時具有強烈的腐蝕作用。刺激性氣體對機體的損傷程度與其在水中的溶解度與作用部位有關。一般來說，水溶性大的化學物，如氯氣、氨氣、二氧化硫等對眼和上呼吸道迅速產生刺激作用，很快出現眼和上呼吸道的刺激癥狀;水溶性較小的化學物，如光氣、二氧化氮等，對下呼吸道及肺泡的作用較明顯。刺激性氣體造成的病變的嚴重程度除化學物本身的性質外，zui重要的是與接觸化學物的濃度和時間密切相關。短期接觸高濃度刺激性氣體，可引起嚴重急性中毒，而長期接觸低濃度則可造成慢性損傷。急性刺激性氣體中毒通常先出現眼及上呼吸道刺激癥狀，如眼結膜充血、流淚、流涕、咽干、咳嗽、胸悶等癥狀，隨后這些癥狀可減輕或消失，經過幾小時至3天不等的潛伏期后癥狀突然重現，很快加重，嚴重者可發生化學性支氣管肺炎、肺水腫，表現為劇烈咳嗽、咯白色或粉紅色泡沫痰、呼吸困難、發紺等，可因肺水腫或并發急性呼吸窘迫癥等導致殘廢。
窒息性氣體包括一氧化碳、硫化氫、氰氫酸、二氧化碳等氣體。這些化合物進入機體后導致的組織細胞缺氧各不相同。一氧化碳進入體內后主要與紅細胞的血紅蛋白結合，形成碳氧血紅蛋白，以致使紅細胞失去攜氧能力，從而組織細胞得不到足夠的氧氣。氰化氫進入機體后，氰離子直接作用于細胞色素氧化酶，使其失去傳遞電子能力，結果導致細胞不能攝取和利用氧，引起細胞內窒息。甲烷本身對機體無明顯的毒害，其造成的組織細胞缺氧，實際是由于吸入氣中氧濃度降低所致的缺氧性窒息。硫化氫進入機體后的作用是多方面的。硫化氫與氧化型細胞色素氧化酶中的三價鐵結合，抑制細胞呼吸酶的活性，導致組織細胞缺氧硫化氫可與谷胱甘肽的巰基結合，使谷胱甘肽失活，加重了組織細胞的缺氧另外，高濃度硫化氫通過對嗅神經、呼吸道黏膜神經及頸動脈竇和主動脈體的化學感受器的強烈刺激，導致呼吸麻痹，甚至猝死。
急性中毒的有機溶劑有正己烷、二氯甲烷等。上述有機揮發性化合物同以上無機有毒氣體一樣，也會對人體的呼吸系統與神經系統造成危害，有的致癌，比如苯。由于有機化合物大多為可燃的物質，所以對于有機化合物的檢測以前大多檢測他的爆炸性，但有機化合物的zui低爆炸極限遠遠大于它的MAC（空間zui大允許濃度）的值。也就是說，對有機化合物的毒性進行檢測是必要的，也是必須的。
可燃性氣體的危害主要是氣體燃燒引起爆炸，從而對財產與人的生命造成危害。但可燃氣體發生爆炸必須具備一定的條件。一定量的可燃氣體、足夠的氧氣與點燃的火源。以上三個條件缺一不可。通常將可燃氣體發生爆炸的氣體濃度稱為zui低爆炸極限，一般用LEL表示。不同的可燃氣體具有不同的LEL。所以對于可燃氣體的檢測一般檢測它的LEL。
二、有毒有害氣體的檢測原理與分類
氣體檢測器的關鍵的部件為傳感器。氣體傳感器從原理可以分為三大類：
A）利用物理化學性質的氣體傳感器：如半導體、催化燃燒、固體導熱、光離子化等。
B）利用物理性質的氣體傳感器：如熱導、光干涉、紅外吸收等。
C）利用電化學性質的氣體傳感器：電流型、電勢型等。
下面將結合有毒有害氣體檢測常用的幾種檢測器來介紹他們的原理。
對于常見的可燃氣LEL的檢測，現在一般用催化燃燒檢測器。它的原理如下，傳感器的核心為一惠通斯電橋，其中一橋臂上有催化劑，當與可燃氣體接觸時，可燃氣體在有催化劑的電橋上燃燒，該橋臂的電阻發生變化，其余橋臂的電阻不變化，從而引起整個電路的輸出發生變化，而該變化與可燃氣體的濃度成比例，從而實現對可燃氣體的檢測。從以上原理可知，通過該方法檢測可燃氣，它以催化燃燒為基礎，所以它的分辨率較低。該方法的分辨率一般為1%LEL，大約為100PPm左右。所以對于有機氣體毒性的檢測不能采用該檢測方法。
對于常見有毒氣體的檢測，特別是無機毒氣，一般采用的傳感器進行檢測。既定性又定量進行檢測。該類傳感器大多為電化學傳感器。電化學傳感器一般為三電極的形式。其中目標氣體在工作電極上發生反應，產生的電流通過對電極構成回路，參比電極為工作電極提供合適的偏值。傳感器通過參比電極與工作電極的催化劑實現選擇性反應，即定性反應。回路產生的電流與氣體的濃度成正比，實現定量反應。而一般的氧氣傳感器為兩電極傳感器，他的檢測原理與三電極大致相似，只是采用三電極的傳感器的輸出更穩定，壽命更長。
對于有機揮發性氣體毒性的檢測，以前一般采用檢測管的方法，但由于檢測管的種類有限，且精度不高，操作麻煩，所以實際的應用受到影響。目前世界上比較*的檢測方法為光離子化檢測方法，它的原理為，通過一紫外燈將目標氣體電離，離子通過一傳感器收集形成電流，該電流與目標氣體的濃度成正比，從而實現對有機揮發性氣體的定量檢測，由于是離子級別的檢測，所以該方法的分辨率高、響應時間快。該方法的分辨率達到0.1PPm,zui高達到1PPb.從原理上可以知道,凡能被電離的有機物就能被儀器進行檢測,而不能被電離的物質就不能被檢測.由于大多書常見的無機氣體的IE都很高,所以不會對檢測進行干擾.而大多數的有機氣體都能被電離,所以該檢測器對有機揮發性氣體來說,為寬帶檢測器.精度高、檢測范圍寬、響應時間短、易操作等特性決定了該儀器特別適于安全與工業衛生領域的應用。
三、如何選擇有毒有害氣體檢測儀
在我國，由于歷史和認識上的原因，我們在選用各類檢測儀時存在的問題還比較多，具體體現在：
A）對可燃氣體的檢測重于對有毒氣體的檢測。
B）對可能引起急性中毒氣體的檢測重于對可能引起慢性中毒的氣體的檢測。
對于各類不同的生產場合和檢測要求，選擇合適的氣體檢測儀是每一個從事安全和生產工作的人員都必須十分注意的。這里，將就一些具體情況做一介紹，供大家參考。
1、確定所要檢測氣體種類和濃度范圍
每一個部門所遇到的氣體種類都是不同的，在選擇氣體檢測儀時就要考慮到所有可能發生的情況。如果甲烷和其它毒性較小的烷烴類居多，選擇LEL檢測儀無疑是zui為合適的。這不僅是因為LEL檢測儀原理簡單，應用較廣，同時它還具有維修、校準方便的特點。如果存在一氧化碳、硫化氫等有毒氣體，就要優先選擇一個特定氣體檢測儀才能保證工作人員的安全。如果更多的是有機有毒有害氣體，考慮到其可能引起人員中毒的濃度較低，比如芳香烴、鹵代烴、氨（胺）、醚、醇、酯等等，就應當選擇光離子化檢測儀，而不要使用LEL檢測器應付，因為這可能會導致人員傷亡。
如果氣體種類覆蓋了以上幾類氣體，選擇一個復合式氣體檢測儀可能會達到事半功倍的效果。
2、確定使用場合
工業環境的不同，選擇氣體檢測儀種類也不同。
①固定式氣體檢測儀
這是在工業裝置上和生產過程中使用較多的檢測儀。它可以安裝在特定的檢測點上對特定的氣體泄漏進行檢測。固定式檢測器一般為兩體式，有傳感器和變送組成的檢測頭為一體安裝在檢測現場，有電路、電源和顯示報警裝置組成的二次儀表為一體安裝在安全場所，便于監視。它同樣要根據現場氣體的種類和濃度加以選擇，同時還要注意將它們安裝在特定氣體zui可能泄漏的部位，比如要根據氣體的比重選擇傳感器安裝的zui有效的高度等等。
②便攜式氣體檢測儀
由于便攜式儀器操作方便，體積小巧，可以攜帶至不同的生產部位，電化學檢測儀采用堿性電池供電，可連續使用1000小時;新型LEL檢測儀、PID和復合式儀器采用可充電電池（有些已采用無記憶的鎳氫或鋰離子電池），使得它們一般可以連續工作近12小時，所以，作為這類儀器在各類工廠和衛生部門的應用越來越廣。
如果是開放的場合，比如敞開的工作車間使用這類儀器作為安全報警，可以使用隨身佩戴的擴散式氣體檢測儀，因為它可以連續、實時、準確地顯示現場的有毒有害氣體的濃度。這類的新型儀器有的還配有振動警報附件――以避免在嘈雜環境中聽不聲音報警，并安裝計算機芯片來記錄峰值、S（15分鐘短期暴露水平）和TWA（8小時統計權重平均值）――為工人健康和安全提供具體的指導。
如果是進入密閉空間，比如反應罐、儲料罐或容器、下水道或其它地下管道、地下設施、農業密閉糧倉、鐵路罐車、船運貨艙、隧道等工作場合，在人員進入之前，就必須進行檢測，而且要在密閉空間外進行檢測。此時，就必須選擇帶有內置采樣泵的多氣體檢測儀。因為密閉空間中不同部位（上、中、下）的氣體分布和氣體種類有很大的不同。比如：一般意義上的可燃氣體的比重較輕，它們大部分分布于密閉空間的上部;一氧化碳和空氣的比重是差不多，一般分布于密閉空間的中部;而硫化氫等較重氣體則存在于密閉空間的下部。同時，氧氣濃度也是必須要檢測的種類之一。另外，如果考慮到罐內可能的有機物質的揮發和泄漏，一個可以檢測有機氣體的檢測儀也是需要的。因此一個完整的密閉空間氣體檢測儀應當是一個：具有內置泵吸功能――以便可以非接觸、分部位檢測;具有多氣體檢測功能――以檢測不同空間分布的危險氣體，包括無機氣體和有機氣體;具有氧檢測功能――防止缺氧或富氧;體積小巧，不影響人工作的便攜式儀器。只有這樣才能保證進入密閉空間的工作人員的安全。
另外，進入密閉空間后，還要對其中的氣體成分進行連續不斷的檢測，以避免由于人員進入、突發泄漏、溫度等變化引起揮發性有機物或其它有毒有害氣體的濃度變化。
如果用于應急事故、檢漏和巡視，應當使用泵吸式、響應時間短、靈敏度和分辨率較高的儀器，這樣可以很容易泄漏點的方位。
在進行工業衛生檢測和健康調查的情況時，具有數據記錄和統計計算以及可以聯接計算機等功能的儀器應用起來就非常方便。
目前，隨著制造技術的發展，便攜式多氣體（復合式）檢測儀也是我們的一個新的選擇。由于這種檢測儀可以在一臺主機上配備所需的多個氣體（無機/有機）檢測傳感器，所以它具有體積小、重量輕、響應快、同時多氣體濃度顯示的特點。更重要的是，泵吸式復合式氣體檢測儀的價格要比多個單一擴散式氣體檢測儀便宜一些，使用起來也更加方便。需要注意的是在選擇這類檢測儀時，選擇具有單獨開關各個傳感器功能的儀器，以防止由于一個傳感器損害影響其它傳感器使用。同時，為了避免由于進水等堵塞吸氣泵情況發生，選擇具有停泵警報的智能泵設計的儀器也要安全一些。