有毒氣體偵測器在工業中的應用

因為在現實情況中，安全和衛生方面的遇到的氣體很多都是有機無機氣體的混合物。只是由於各種原因，目前我們對有害氣體的認識還多集中於可燃氣體、可以引起急性中毒的氣體（硫化氫、氰化氫）等、以及某些常見的有毒氣體（一氧化碳）、氧氣等偵測器上，因此，本文將首先著重介紹這類偵測器，並綜合目前的情況對各類有毒有害（無機/有機）氣體偵測器的應用提出建議。
有毒有害氣體偵測器的分類和原理：氣體偵測器的關鍵部件是探頭。根據危害，我們將有毒有害氣體分為可燃氣體和有毒氣體兩大類。 由於它們性質和危害不同，其偵測手段也有所不同。
可燃氣體是石油化工等工業場合遇到最多的危險氣體，它主要是烷烴等有機氣體和某些無機氣體如一氧化碳等。發生爆炸必須具備一定的條件，那就是：一定濃度的可燃氣體，一定量的氧氣以及足夠熱量點燃它們的火源， 爆炸三要素（如上左圖所示的 爆炸三角形），缺一不可，也就是說，缺少其中任何一個條件都不會引起火災和爆炸。 當可燃氣體（蒸汽、粉塵） 和氧氣混合並達到一定濃度時，遇具有一定溫度的火源就會發生爆炸。我們把可燃氣體遇火源發生爆炸的濃度稱為爆炸濃度 極限，簡稱爆炸極限，一般用%表示。實際上，這種混合物也不是在任何混合比例上都會發生爆炸而要有一個濃度範圍。 如上右圖所示的陰影部分。當可燃氣體濃度低於LEL（最低爆炸限度）時（可燃氣體濃度不足）和其濃度高於UEL（爆炸限度） 時（氧氣不足）都不會發生爆炸。不同的可燃氣體的LEL和UEL都各不相同，這一點在標定儀器時要十分最高注意。為安全起見， 一般我們應當在可燃氣體濃度在LEL的10%和20%時發出警報，這裏，10%LEL稱。作警告報警，而20%LEL稱作危險報警。這也 就是我們將可燃氣體偵測器又稱作LEL偵測器的原因。

需要說明的是，LEL偵測器上顯示的100%不是可燃氣體的濃度達到氣體體積的100%，而是達到了LEL的式100%，即相 當於可燃氣體的最低爆炸下限，如果是甲烷，100%LEL=5%體積濃度（VOL）.在工作中，以LEL方測量這些氣體的偵測器是 我們常見的催化燃燒式偵測器。它的原理是一個雙路電橋（一般稱作惠斯通電橋）偵測單元。在這其中的一個鉑金絲電橋上塗有催化燃燒物質，不論何種易燃氣體，只要它能夠被電極引燃，鉑金絲電橋的電阻就會由於溫度變化發生改變， 這種電阻變化同可燃氣體的濃度成一定比例，通過儀器的電路系統和微處理機可以計算出可燃氣體的濃度。 直接測量可燃氣體的體積濃度的熱導式偵測器也可以在市場上得到，同時，也已經有了LEL/VOL合二為一的偵測器。熱導式偵測器適合於在缺氧（氧氣不足）的環境中測量可燃氣體的體積（VOL）濃度。
有毒氣體既可以存在於生產原料中，如大多數的有機化學物質（VOC），也可能存在於生產過程的各個環節的副產品中，如氨、一氧化碳、硫化氫等等。它們是對工作人員造成危害最大的危險因素。這種危害不僅包括立即的傷害，如 身體不適、發病、死亡等等，而且包括對於人體長期的危害，如致殘、癌變等等。對於這些有毒有害氣體的偵測是我們發展中國家應當開始引起充分重視的問題。
常見有毒有害氣體的TWA（8小時統計權重平均值）、STEL（15分鐘短時間時量平均容許濃度）、IDLH（立即致死量）（ppm）和 MAC（最高允許濃度）mg/m3。
有毒氣體     TWA  STEL  IDLH  MAC
氨氣 (NH3)    25   35     500    30
一氧化碳(CO)  25    --     1500    30
氯氣 (Cl2)     0.5   1      30     1
氰化氫 (HCN)  10   4.7    50     0.3
硫化氫(H2S)   10   15     300     10
一氧化氮 (NO)  25   --     100     --
二氧化硫(SO2)  2    5     100     15
VOC*          50  100     --      --

隨氣體種類不同，其TWA、STEL、IDLH、MAC等值會有一定的不同，目前對於特定的有毒氣體的偵測，我們使用最多的是專用探頭。 它可以包括上面所列的所有探頭，也包括前兩章所介紹的光離子化偵測器。其中，偵測無機氣體最為普遍、技術相對成熟、綜合指標最好的方法是定電位電解式方法，也就是我們常說的電化學探頭。
電化學探頭的構成是：將兩個反應電極--工作電極和對電極以及一個參比電極放置在特定電解液中電極之間加上足夠的電壓，使透過塗有重金屬催化劑薄膜的待測氣體進行氧化還原反應，再通過儀器中的電路系統測量氣體電解時 產生的電流，然後由其中的微處理器計算出氣體的濃度。
目前，可以偵測到特定氣體的電化學探頭包括：一氧化碳、硫化氫、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、氨氣、氯氣、氰化氫、環氧乙烷、氯化氫等等。 偵測VOC偵測器可以使用前章介紹的光離子化探頭。氧氣也是在工業環境中，尤其是密閉環境中需要十分注意因素。一般我們將氧氣含量超過23.5%稱為氧氣過量(富氧)，此時很容易發生爆炸的危險； 而氧氣含量 低於19.5% 為氧氣不足（缺氧），此時很容易發生工人窒息、昏迷以至死亡的危險。正常的氧氣含量應當在 20.9%左右。氧氣偵測儀也是電化學探頭的一種。
由於眾多可燃氣體洩漏所引起的爆炸事故的血的教訓，使人們對於可燃氣體偵測十分重視，可以講，任何一個石化、化工廠，絕大多數的危險氣體偵測器都是LEL探頭。但僅配備LEL偵測器對於真正保護工人的安全和健康還是遠遠不夠的。不可否認的是， 大多數的揮發性危險氣體都是可燃氣體，但是，催化燃燒式的可燃氣體偵測器（LEL）並不是對所有的可燃氣體偵測都是最佳選擇。它是專門為偵測甲烷設計的，而對其他物質的檢測性能比較差。所以，它們可以偵測出的除甲烷以外的可燃氣體的下限濃 度要遠遠高於它們的允許濃度。
另外，目前我們對於可以引起急性中毒的氣體，比如硫化氫、氰化氫等的偵測較為重視，但對於可以引起慢性中毒的氣體，比如 芳香烴、醇類等的偵測重視不夠，其實後者對於工人健康和安全的危害絲毫不遜於可以引起急性中毒的氣體！它們可能引起癌變 和其他的隱形病症，影響工人的壽命和健康。這種現象的出現，除了認識上的原因以外，以前市場上缺乏合適的、可以偵測較低濃度的有機氣體偵測器也是一個重要的原因。 隨著科學技術水準的發展和人們健康認識的提高，人們已經不滿足於僅僅 ” 高高興興上班來，平平安安回家去"，而是追求著更高的生活品質和生活條件。人們不僅關心著今日的工作，更關心著明天----退休以後的生活。

因此在工業衛生和工業安全工作中要不斷地引入新觀念、新思路才能不僅要避免眼前的危險發生，而更要注意避免的發生，所有這些都需要通過法規制定和人們素質的提高得到不斷地改善和提高。我們將在下節內容中探討如何選擇和維護各類有毒有害探頭。