Tekst źródłowy strony Detektor fotojonizacyjny

{{inne znaczenia|jednego z detektorów stosowanych w [[Chromatografia gazowa|chromatografii gazowej]]|[[Detektor|inne znaczenia słowa ''detektor'']]}}
'''Detektor fotojonizacyjny''' ([[język angielski|ang.]] ''photoionization detector'', PID) – niedestrukcyjny [[czujnik]], stosowany jako przenośny [[Analiza chemiczna|analizator]] [[zanieczyszczenie powietrza|zanieczyszczeń powietrza]] lub element [[chromatografia gazowa|chromatografów gazowych]]. Cząsteczki zanieczyszczeń są wykrywane, jeżeli pod wpływem [[promieniowanie elektromagnetyczne|promieniowania]], emitowanego przez lampę [[Ultrafiolet|UV]] ulegają [[jonizacja|jonizacji]] (mają [[energia jonizacji|energię jonizacji]] mniejszą od [[energia (fizyka)|energii]] emitowanych [[foton]]ów). Obecność produktów jonizacji jest rejestrowana przez [[elektrometr]], podobnie jak w przypadku [[detektor płomieniowo-jonizacyjny|detektora płomieniowo-jonizacyjnego (FID)]]{{r|EPA stand proc|intlsensor.com|}}.
Powstające jony ulegają [[rekombinacja (fizyka)|rekombinacji]], co sprawia, że PID zalicza się do klasy detektorów niedestrukcyjnych (nieniszczących), w przeciwieństwie do detektora FID. PID jest detektorem niedestrukcyjnym stężeniowym, a FID detektorem destrukcyjnym masowym (wielkość sygnału jest zależna liczby atomów węgla w cząsteczce){{r|www.pg.gda czVIA}}.

== Zasada działania ==
{{Galeria|Nazwa = Porównanie schematów<br />detektorów PID i FID<br /><small>(przewiń galerię)</small>
|wielkość=250|pozycja=right
|Plik:PID detector.svg|Schemat detektora PID
|Plik:FID detector B.svg|Schemat detektora FID
}}
[[Plik:Morse-potential.svg|thumb|250px|Pobudzenie i dysocjacja związku chemicznego]]

Detektor fotojonizacyjny należy do grupy detektorów, w których pozbawione ładunku (obojętne) cząsteczki [[związek chemiczny|związków chemicznych]] zawartych w badanej próbce są poddawane działaniu czynników wywołujących jonizację – rozpad na cząstki naładowane ([[jon]]y – [[kation]]y i [[anion]]y). Jonizacja cząsteczek zachodzi np. w wyniku zderzeń między cząsteczkami o wysokiej [[energia kinetyczna|energii kinetycznej]] (wysokiej [[temperatura|temperaturze]]) albo wpływem bombardowania strumieniem cząstek o wysokiej energii (np. [[promieniowanie alfa|cząstek alfa]]) lub promieniowania elektromagnetycznego o odpowiednio dużej energii [[foton]]ów – [[kwant]]ów światła o małej [[długość fali|długości fali]]:
: <math>E = h \cdot c / \lambda</math>
: gdzie: ''E'' – energia fotonu, ''h'' – [[stała Plancka]], ''c'' – [[prędkość światła]] w próżni, λ – długość fali

W detektorach fotojonizacyjnych stosuje się promieniowanie o różnych długościach fali z zakresu [[Ultrafiolet|nadfioletu]] (10–400 [[nanometr|nm]]). Pod jego wpływem ulegają jonizacji te cząsteczki zanieczyszczeń powietrza, których [[energia jonizacji]] nie jest większa od wielkości fotonu. Powstające jony przemieszczają się w [[Komora jonizacyjna|komorze jonizacyjnej]] aparatu w kierunku odpowiednich elektrod. Rejestrowane z użyciem elektrometru [[natężenie prądu elektrycznego]], przepływającego w [[obwód elektryczny|obwodzie]] pomiarowym jest skorelowane ze stężeniem związków chemicznych, które ulegają jonizacji{{r|EPA stand proc|intlsensor.com}}.

=== Źródła promieniowania UV ===
We współczesnych detektorach fotojonizacyjnych źródłami promieniowania UV są [[lampa bezelektrodowa|lampy bezelektrodowe]] (indukcyjne). Ich wprowadzenie do powszechnego użytku w latach 80. XX w. umożliwiło miniaturyzację aparatów, w tym produkcję mierników kieszonkowych osobistego użytku{{r|intlsensor.com|YouTube obsł.1}}.

Promieniowanie jest emitowane przez wypełniający lampę gaz, pobudzany do emisji przez działanie pola elektromagnetycznego o częstotliwości radiowej lub mikrofalowej. Długość emitowanego promieniowania (energia fotonów) zależy od rodzaju zastosowanego gazu. W urządzeniach komercyjnych stosuje się np. [[krypton]], [[ksenon]] i [[argon]], które emitują promieniowanie z pasmami o długości fali (maksimum piku){{r|EPA stand proc|intlsensor.com}}:
* [[krypton]] – 123,9 (dominujące) i 116,9 nm (energia fotonu: 10,0 i 10,6 [[elektronowolt|eV]])
* [[ksenon]] – 147,6 nm (dominujące) i 129,1 nm (8,4 i 9,6 eV)
* [[argon]] – dwa nakładające się pasma z maks. 105,9 nm (11,7 eV)
Lampy oznacza się symbolami zawierającymi informację o energii fotonów. Najbardziej popularne są lampy kryptonowe, oznaczane symbolem te są oznaczane symbolem 10,6 eV{{r|intlsensor.com}} lub 10,2 eV{{r|EPA stand proc}}.
Energia emitowanych fotonów decyduje o możliwościach zastosowania lamp. Lampy 9,5 eV umożliwiają oznaczanie stężenia np. [[benzen]]u i innych [[związki aromatyczne|związków aromatycznych]] oraz [[aminy|amin]]. Stężenia takich związków, jak [[etyn|acetylen]], [[aldehyd mrówkowy|formaldehyd]] lub [[metanol]], oznacza się z użyciem lamp 11,7 eV{{r|EPA stand proc|intlsensor.com|}}, a stężenia [[amoniak]]u, [[etanol]]u lub [[aceton]]u – z użyciem lamp 10,2 eV (lub 10,6 eV).

=== Przykładowe wartości energii jonizacji ===
{|class="wikitable" style="text-align:center"
|+ Wartości energii jonizacji związków chemicznych (przykłady){{r|EPA stand proc}}
| align="center" style="background:#f0f0f0;"| '''Związek chemiczny'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"| '''Energia jonizacji [eV]'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"| '''Związek chemiczny'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"| '''Energia jonizacji [eV]'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"| '''Związek chemiczny'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"| '''Energia jonizacji [eV]'''
|-
| [[cyjanowodór]] || 13,91 || [[bromek acetylu]] || 10,55 || [[propen|propylen]] || 9,73
|-
| [[tlenek węgla]] || 13,79 || [[eten|etylen]] || 10,515 || [[aceton]] || 9,69
|-
| [[dwutlenek węgla]] || 13,79 || [[Etanol|alkohol etylowy]] || 10,48 || [[aldehyd benzoesowy]] || 9,53
|-
| [[woda]] || 12,8 || [[siarkowodór]] || 10,46 || [[keton metyloetylowy]] || 9,53
|-
| [[acetonitryl]] || 12,22 || [[kwas octowy]] || 10,37 || [[cyklopentanon]] || 9,26
|-
| [[fosgen]] || 11,77 || [[aldehyd octowy|acetaldehyd]] || 10,21 || [[1-butanotiol]] || 9,14
|-
| [[nitrometan]] || 11,08 || [[propanol|alkohol n-propylowy]] || 10,2 || [[cykloheksanon]] || 9,14
|-
| [[kwas mrówkowy]] || 11,05 || [[amoniak]] || 10,15 || [[cyklopenten]] || 9,01
|-
| [[chlorek acetylu]] || 11,02 || [[octan etylu]] || 10,11 || [[metyloamina]] || 8,97
|-
| [[akrylonitryl]] || 10,91 || [[akroleina]] || 10,1 || [[etyloamina]] || 8,86
|-
| [[nitroetan]] || 10,88 || [[Butanol|n-butylowy alkohol]] || 10,04 || [[sulfid dietylowy]] || 8,34
|-
| [[aldehyd mrówkowy|formaldehyd]] || 10,87 || [[eter dimetylowy]] || 10 || [[trimetyloamina]] || 7,82
|-
| [[Metanol|alkohol metylowy]] || 10,85 || [[aldehyd walerianowy|aldehyd n-walerianowy]] || 9,82 || [[trietyloamina]] || 7,5
|}

=== Zależność odpowiedzi PID od stężenia zanieczyszczeń ===
[[Plik:Wzorcowanie PID.svg|thumb|200px|Kształt krzywej wzorcowania PID{{r|intlsensor.com}}]]
[[Plik:Photoionisationsdetektor.jpg|thumb|200px|Detektor PID zainstalowany w mobilnym laboratorium monitoringu powietrza (''ABC-Erkundungskraftwagen'')]]
Wartości sygnałów elektrometru są w przybliżeniu [[Zależność zmiennych losowych#Zależność liniowa|liniowo zależne]] od stężenia [[analit]]ów
w niewielkim ich zakresie stężenia. Zaleca się stosowanie [[wzorcowanie|wzorcowania (kalibracji) przyrządu]]. W czasie kalibracji wyznacza się zależność wskazań przyrządu od stężenia [[izobutylen]]u. Odpowiednie zależności dotyczące innych związków są wyznaczane na podstawie współczynników korekcyjnych{{r|intlsensor.com|EPA stand proc}}.

{|class="wikitable" style="text-align:center"
|+ Czułość PID z lampą 10,2 eV przy stężeniu 10 [[ppm]]; wartości względem 10 dla benzenu (przykłady){{r|EPA stand proc}}
|width="200px" align="center" style="background:#f0f0f0;"| '''Grupa związków'''
|width="120px" align="center" style="background:#f0f0f0;"| '''Względna czułość'''
|width="250px" align="center" style="background:#f0f0f0;"| '''Przykłady'''
|-
| [[węglowodory aromatyczne]] || 10 || [[benzen]], [[toluen]], [[styren]]
|-
| [[aminy alifatyczne]] || 10 || [[trimetyloamina]]
|-
| nienasycone [[fluorowcowodory]] || 5 – 9 || [[chlorek winylu]], [[chlorek winylidenu]], [[trichloroeten]]
|-
| [[ketony]] || 7 – 9 || [[Butanon|MEK]], [[fenyloaceton|BMK]], [[aceton]], [[cykloheksanon]]
|-
| różne związki organiczne nienasycone || 3 – 5 || [[akroleina]], [[propen|propylen]], [[cykloheksanon]], [[alkohol allilowy]]
|-
| [[związki siarkoorganiczne]] || 3 – 5 || [[siarkowodór]], [[metanotiol]]
|-
| [[związki alifatyczne|węglowodory alifatyczne]] C3 – C7 || 1 – 3 || [[pentan]], [[heksan]], [[heptan]]
|-
| [[amoniak]] || 0,3 ||
|-
| [[związki alifatyczne|węglowodory alifatyczne]] C1 – C4 || 0 || [[metan]], [[etan]]
|}

== Zastosowania detektorów PID ==
PID są popularnymi detektorami [[eluat]]ów, umieszczanymi na wylocie z kolumn do [[chromatografia gazowa|chromatografii gazowej]] w wielu typach chromatografów, często w zestawach z innymi detektorami{{r|Curyło Wardencki|SRI cat44|SRI cat51|}}.

Detektory fotojonizacyjne, stosowane jako samodzielne analizatory, są rekomendowane do oznaczeń stopnia [[zanieczyszczenie środowiska|zanieczyszczenia środowiska]], np. przez [[Environmental Protection Agency]]{{r|EPA stand proc}}. Są stosowane zarówno stacjonarne, wielofunkcyjne aparaty laboratoryjne, jak sprzęt zminiaturyzowany, montowany mobilnych laboratoriach monitoringu środowiska lub kieszonkowy (zapewnienie [[bezpieczeństwo i higiena pracy|bezpieczeństwa w warunkach pracy]]){{r|www.afcintl.com}}. Urządzenia stacjonarne są też montowane zakładach przemysłowych, np. w celu prowadzenia ciągłego monitoringu [[emisja zanieczyszczeń|emisji zanieczyszczeń]]{{r|PID MGA 100|TX 401M|intlsensor.com}}.

W czasie badań hydrologicznych lub geologicznych PID umożliwiają dokonywanie pośrednich oznaczeń stężenia [[lotne związki organiczne|LZO]] w wodzie lub glebie (np. rozpuszczalniki chloropochodne, produkty ropopochodne, wycieki z oczyszczalni ścieków). Hewitt i Lukas stwierdzili liniową zależność odpowiedzi PID nad powierzchnią gruntu od stężenia [[benzen]]u, [[toluen]]u, [[ksyleny|ksylenów]], dichloroetylenów i trichloroetylenu w glebie{{r|www.eko-efekt}}.

Kieszonkowe urządzenia z detektorami fotojonizacyjnymi są dostępne dla indywidualnych użytkowników, jako łatwe w obsłudze środki do ochrony osobistej{{r|minirae 3000|YouTube obsł.1|YouTube obsł.2}}.

== Przypisy ==
{{Przypisy|
* <ref name="EPA stand proc">{{cytuj stronę |url=http://www.dem.ri.gov/pubs/sops/wmsr2114.pdf |tytuł=Photoionization detector (PID) HNU |data=10.06.1994 |praca=SOP#:2114| opublikowany=www.dem.ri.gov/pubs |język=en |data dostępu=2011-08-03}}</ref>

* <ref name="intlsensor.com">{{cytuj stronę |url=http://intlsensor.com/pdf/photoionization.pdf |tytuł=Photoionization detectors |data= |praca= |opublikowany=International Sensor Technology intlsensor.com |język=en |data dostępu=2011-08-03}}</ref>

* <ref name="www.pg.gda czVIA">{{cytuj stronę |url=http://www.pg.gda.pl/chem/Dydaktyka/Analityczna/GC/Cz_VI_A_Detektory.pdf |tytuł=Chemia analityczna; Chromatografia, cz. VIA. Detektory |autor=tłum. Karolina Hierasimczyk (korekta: W. Wardencki, J. Namieśnik) |data=2002 |praca=Skrypt Politechniki Gdańskiej |opublikowany= |język=pl |data dostępu=2011-08-03 |archiwum=https://web.archive.org/web/20100601153307/http://www.pg.gda.pl/chem/Dydaktyka/Analityczna/GC/Cz_VI_A_Detektory.pdf |zarchiwizowano=2010-06-01 }}</ref>

* <ref name="Curyło Wardencki">{{cytuj pismo |nazwisko=Curyło |imię=Janusz |nazwisko2=Wardencki |imię2=Waldemar |tytuł=HS-SPME-CGC-PID determination of aldehydes in rectified spirits and vodkas after derivatisation with 2,4,6-trichlorophenylhydrazine (TCPH) |url=http://www.chem.uw.edu.pl/chemanal/toc/abs50_4/04cur.pdf |czasopismo=Chemia Analityczna |wolumin=50 |strony=735 |język=pl |data=2005}}</ref>

* <ref name="SRI cat44">{{cytuj stronę |url=http://web.archive.org/web/20150223204019/http://srigc.com/2005catalog/cat44.htm |tytuł=GC Detector Overview (16 types) |data= |praca= |opublikowany= |język=en |data dostępu=2016-03-07}}</ref>

* <ref name="SRI cat51">{{cytuj stronę |url=http://web.archive.org/web/20130224000855/http://www.srigc.com:80/2005catalog/cat51.htm |tytuł=PID - Photo Ionization Detector |data= |praca= |opublikowany= |język=en |data dostępu=2016-03-07}}</ref>

* <ref name="www.eko-efekt">{{cytuj stronę |url=http://www.eko-efekt.pl/szczegoly.php?id_kat=88&tab=txt&idp=20 |tytuł=Detektory PID w pomiarach LZO w wodzie i glebie |data= |praca= |opublikowany= |język=pl |data dostępu=2016-03-07 |archiwum=https://web.archive.org/web/20160305013611/http://www.eko-efekt.pl/szczegoly.php?id_kat=88&tab=txt&idp=20 |zarchiwizowano=2016-03-05 }}</ref>

* <ref name="www.afcintl.com">{{cytuj stronę |url=http://www.afcintl.com/our-products/gas-detection-instruments/gas-detectors/wireless-detectors/detectors.aspx |tytuł=Wireless Detection - Detectors; AFC International |data= |praca= |opublikowany= |język=en |data dostępu=2016-03-07}}</ref>

* <ref name="PID MGA 100">{{cytuj stronę |url=http://www.atut.lublin.pl/szczegoly.php?id_kat=253&tab=prd&idp=127 |tytuł=Stacjonarne analizatory z detektorem fotojonizacyjnym PID MGA; jednogazowy analizator modułowy do ciągłego monitoringu procesów przemysłowych100 |data= |praca= |opublikowany= |język=pl |data dostępu=2011-08-03 |archiwum=https://web.archive.org/web/20160304052516/http://www.atut.lublin.pl/szczegoly.php?id_kat=253&tab=prd&idp=127 |zarchiwizowano=2016-03-04 }}</ref>

* <ref name="TX 401M">{{cytuj stronę |url=http://www.atut.lublin.pl/szczegoly.php?id_kat=253&tab=prd&idp=97 |tytuł=Stacjonarne analizatory z detektorem fotojonizacyjnym PID TX 401M i TX 401M |data= |praca=| opublikowany= |język=pl |data dostępu=2011-08-03}}</ref>

* <ref name="minirae 3000">{{cytuj stronę |url=http://www.ribble-enviro.co.uk/product/minirae-3000.htm |tytuł=photoionisation detectors (PID)MiniRAE 3000 |data= |praca= |opublikowany=www.ribble-enviro.co.uk |język=en |data dostępu=2011-08-03 |archiwum=https://web.archive.org/web/20160304134234/http://www.ribble-enviro.co.uk/product/minirae-3000.htm?gclid=CJqW9_eHs6oCFVAv3wodIVTU9w |zarchiwizowano=2016-03-04 }}</ref>

* <ref name="YouTube obsł.1">{{cytuj stronę |url=http://www.youtube.com/watch?v=KnMiz_glRvo |tytuł=Ion Science PhoCheck Tiger - How to clean the PID Lamp Czyszczenie lampy wykrywacza kieszonkowego |data= |praca=Video |opublikowany=www.youtube.com |język=en |data dostępu=2011-08-03}}</ref>

* <ref name="YouTube obsł.2">{{cytuj stronę |url=http://www.youtube.com/user/IonScienceMarketing |tytuł=Ion Science PhoCheck Tiger - The user calibration process |data= |praca=Video |opublikowany= www.youtube.com |język=en |data dostępu=2011-08-03}}</ref>
}}

{{Commonscat|Sensors|Czujniki}}

[[Kategoria:Chromatografia]]
[[Kategoria:Czujniki]]