目前我們對於(yú)有毒有害氣體的認(rèn)識還更多(duō)地集中於可(kě)燃氣體、可(kě)以引起急(jí)性中毒的氣體(硫化氫(qīng)、氰氫酸(suān)等)、以及某些常見的有毒氣體(一氧化碳)、氧氣等檢測儀上,因此(cǐ),本文將(jiāng)首先著(zhe)重介紹這類檢測儀,並綜合目前的情況對(duì)各(gè)類(lèi)有毒有害(無機/有(yǒu)機)氣體檢測(cè)儀(yí)的應用提出建議。 有(yǒu)毒有害氣體檢測儀的分類和原理:
氣體檢測儀的關(guān)鍵部件是氣體(tǐ)傳(chuán)感器。氣體傳感器從原理(lǐ)上可以(yǐ)分為三大類:
A) 利用物理化學性質的(de)氣體傳感器:如(rú)半導體式(表麵控製型、體積控製(zhì)型、表麵電位型)、催化燃燒式(shì)、固(gù)體熱導式等。
B) 利用物理性質的氣體傳感(gǎn)器(qì):如熱傳(chuán)導式、光幹涉式、紅(hóng)外吸收式等。
C) 利用電化學性質的氣體傳感器:如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子(zǐ)電極式、固定(dìng)電(diàn)解質式等。
根據危害,我們將有毒有害(hài)氣體(tǐ)分為可燃氣體和有毒氣體兩(liǎng)大類。由於它們性質和(hé)危害不同,其檢測手段(duàn)也有所不同。可燃氣體是石油化工等工業場合遇到(dào)最多(duō)的(de)危險氣體,它主要是(shì)烷(wán)烴(tīng)等有機氣體和某些無機氣體:如一氧化(huà)碳等。
可(kě)燃氣(qì)體發生爆炸必須(xū)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,這(zhè)就是爆(bào)炸三要素(如上左圖所示的爆炸三角形),缺一不可,也(yě)就是說,缺少其中任何一個條件(jiàn)都不會(huì)引起火災和爆炸(zhà)。
當可燃氣體(蒸汽、粉塵(chén))和氧氣混合並達到一定濃度時,遇具有一定溫度的(de)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(hé)混合比例上都會發生爆炸而要(yào)有一個濃度範圍。如上右圖所示的陰影部(bù)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(最高爆炸限度)時(氧氣不足)都不會發生(shēng)爆炸。不同的可燃氣體的LEL和UEL都(dōu)各不相同(參見第八期(qī)的介紹),這一點在標定儀(yí)器(qì)時要十分注意。為安全(quán)起見,一般(bān)我們應當在可燃氣體濃度(dù)在LEL的10%和20%時發出警報,這裏,10%LEL稱。作警告警報,而20%LEL稱(chēng)作危險警報。這也就是我們將(jiāng)可燃(rán)氣體檢測(cè)儀又稱作LEL檢測儀的原因。需要說明(míng)的是,LEL檢測儀上顯示的100%不是可燃氣體的濃度達到氣體體積的100%,而(ér)是達到了LEL的100%,即相當於可燃氣體(tǐ)的最低爆炸下限,如果是甲烷,100%LEL=4%體積(jī)濃度(VOL).在工作中,以LEL方式(shì)測量這些氣體的檢測儀是我們常見的催化燃燒式(shì)檢測儀。它的原(yuán)理是一個雙路電橋(一般稱作(zuò)惠斯通電橋)檢(jiǎn)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,隻(zhī)要它能夠被電極引燃,鉑(bó)金絲電橋(qiáo)的電阻就會由於溫度變化發生(shēng)改變,這種電阻變化同可燃氣體的濃度成一定比(bǐ)例,通過儀器的電路係統和微處理機可以計算出可燃氣體的(de)濃度。
直接測量可燃氣體的體積濃度(dù)的熱導式VOL檢測器也可以在市場上得到,同時,也已經有了LEL/VOL合二(èr)為一的檢測器。VOL可燃檢(jiǎn)測器特別適合於在(zài)缺氧(氧氣不足(zú))的環(huán)境中測量可燃氣體(tǐ)的體積(VOL)濃度。
有毒氣體既可以存在於(yú)生產原料中,如大多數(shù)的有機化學物(wù)質(VOC),也可能存在於生(shēng)產過程(chéng)的各個環節的副產品中,如氨、一氧化碳、硫化氫等等。它(tā)們是(shì)對工作(zuò)人員造成危(wēi)害最大的危險因素。這種(zhǒng)危(wēi)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(rén)體(tǐ)長期的危害,如致殘、癌變等等。對於這(zhè)些(xiē)有毒有害氣體的檢測是我們發展中國家應(yīng)當開始引起充分(fèn)重視的問題。
表
常見有毒有害(hài)氣體的TWA(8小時統計(jì)權重平均值)、STEL(15分鍾短期暴露水平)、IDLH(立即致死量)(ppm)和(hé)MAC(車間最大允許濃度)mg/m3。
有毒氣體 TWA STEL IDLH MAC
氨氣 (NH3) 25 35 500 30
一氧化(huà)碳(CO) 25 -- 1500 30
氯氣(qì) (Cl2) 0.5 1 30 1
氰化氫 (HCN) 10 4.7 50 0.3
硫化氫(qīng)(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(děng)值會有一(yī)定的不同 目前,對(duì)於特定的有毒氣(qì)體的檢測,我們使用最多的是(shì)專用氣(qì)體傳感器。它可以包括上麵。所列的所有氣體(tǐ)傳感器,也包括前兩章(zhāng)所介紹的光離子化檢測儀。其中,檢測無機氣體(tǐ)最為普遍、技術(shù)相對成熟、綜合指標最好的方法(fǎ)是定電位電解式方法,也就是我們常說的電化學傳感器(qì)。電化學傳感器(qì)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(如上圖(tú)如示),然(rán)後在反應電極之間加上足夠的電壓(yā),使透過塗有重金屬催化劑薄膜的待測(cè)氣體進行氧化還原反應,再通過儀器中的電路係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(dù)。
目前,可以檢測到特定氣體的電化(huà)學傳感(gǎn)器包(bāo)括:一氧化碳、硫化氫(qīng)、二氧化硫、一氧化氮、二氧(yǎng)化氮、氨氣、氯氣、氰氫酸、環(huán)氧乙烷、氯化氫等等。 檢測VOC檢測 器可以(yǐ)使用前章介紹的光離子化檢測器。氧(yǎng)氣也是在工業(yè)環境中,尤其是密(mì)閉環境中需要十分注意(yì)因素。一般我們將氧氣含量超過23.5%稱為氧氣過量(富(fù)氧),此(cǐ)時很容易發生爆炸的危險;而氧氣含量低於19.5%為氧氣不(bú)足(缺氧(yǎng)),此時(shí)很容易發(fā)生(shēng)工人窒息、昏迷以至死亡(wáng)的危險。正常的氧氣含量應當在20.9%左右。氧氣檢測儀也是(shì)電化學傳感器的一種(zhǒng)。 目前在選擇有毒有害氣體檢測儀時的問題:
在我(wǒ)國,由於曆史和認(rèn)識上的原因,我們在選用各類檢測(cè)儀時存在的問題(tí)還比較多,具體體現在: 1) 對可燃(rán)氣體的檢測重於對有毒氣(qì)體的檢測。 2) 對可能引起急性中毒(dú)氣體(tǐ)的檢測重於對可能引起(qǐ)慢(màn)性中(zhōng)毒的氣體的檢測。
由於眾多可燃氣體泄漏所引起的(de)爆炸事故的血的教(jiāo)訓,使人們對於(yú)可(kě)燃氣體檢測十分重視,可以講(jiǎng),任(rèn)何一個石化、化工廠,絕大多數的(de)危險(xiǎn)氣體檢測儀都(dōu)是LEL檢測儀。但僅配(pèi)備LEL檢測儀(yí)對於真正保護工(gōng)人的安全和健康還是遠遠不夠的(de)。
不可否認的是,大(dà)多數的揮發性危險氣體都是可(kě)燃氣體,但是,催化燃燒式的(de)可燃氣體檢(jiǎn)測儀(LEL)並不是對所有的可燃氣體檢(jiǎn)測都是最佳選擇。它是專門為檢測甲烷設計的,而對其它物質的檢測性能比較差。所以,它們可以檢測出的除甲烷以外(wài)的可(kě)燃氣體的下限濃度要遠遠高於它們的允許濃度。比如:對於苯、氨氣等危險有毒氣體,單純使用可燃(rán)氣體檢測儀就是一個十分危險(xiǎn)的做法。比如(rú),苯的爆炸下限是1.2%,它在LEL檢測儀(yí)上的校正係數是2.51,也就是說,苯在一個用甲烷標定的LEL檢測儀(yí)上的顯示的濃度隻是其(qí)實際濃度的40%!!這樣,用LEL可(kě)以檢測到的苯的最低警報濃度是10%LEL=10%*1.2%*2.51=3.0*10-3,這個濃(nóng)度(dù)同苯的允(yǔn)許濃度5*10-6相比要高近600倍!!。同(tóng)樣,氨在LEL檢測儀上得到的警報濃度1.5*10-2也要(yào)比其允許濃度2.5*10-5高大約600倍。因此根(gēn)據所檢測氣體的不同(tóng),選擇特定(dìng)有毒氣(qì)體檢測儀要比單純選擇LEL檢測儀更加安全可靠得多。
另外,目前我們對於可以引起急性中毒的氣體,比(bǐ)如硫化氫、氰氫酸等的檢測較為重視,但對於可(kě)以引起慢性中毒的氣(qì)體,比如(rú)芳香烴、醇類等的檢測重視不夠,其實後者對於工(gōng)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(tā)們可能引起(qǐ)癌變和其它的隱形病症,影響工(gōng)人的壽命和健康。這種現象的出現,除了認(rèn)識(shí)上的原因以外,以前市場上缺(quē)乏合適的、可以檢測較低濃度的有機氣體檢測儀也是一個重要的原因。
隨著科學技(jì)術水平(píng)的發展(zhǎn)和(hé)人們健康認識的提高,人們已經不滿足於僅僅"高高興(xìng)興上班(bān)來,平平安安回家去",而是追求著更高的生活質量和生活條件。人們不僅關心著今日的(de)工作,更(gèng)關心著(zhe)明天(tiān)----退休以後的生活。因此在工業衛生和工業安全工作中(zhōng)要不斷(duàn)地引入新觀念、新思路才能(néng)不僅要避免眼前的(de)危險發生,而更要注意避免日後悲劇的發生,所有這些,都需要通過法規製定和人們(men)素質的提高得到不斷地改善和提高。我們(men)將在下節內容中探討(tǎo)如何選擇和維護各類有毒有害(hài)氣體(tǐ)傳感器。