目前(qián)我(wǒ)們對於有毒有害氣體的認識還更(gèng)多地集中(zhōng)於可燃氣體、可以引起急(jí)性中毒的氣體(硫化氫、氰氫酸等)、以及某些常見的有毒氣體(一氧(yǎng)化(huà)碳)、氧氣等檢測儀上,因此,本文將首先著重(chóng)介紹這類檢測儀,並綜合目前的情況對各類有毒有害(無機/有機)氣體檢測儀的應(yīng)用提出建議。 有毒(dú)有害氣體檢測儀的分類和原理:
氣體檢(jiǎn)測儀的(de)關鍵部(bù)件是氣體傳感器。氣體傳感器從原理上可以分為三大類:
A) 利用物理化學性質的氣(qì)體傳感器:如半導體式(表麵控(kòng)製型、體積(jī)控製型、表麵電位型)、催化燃燒式、固體熱導式等。
B) 利用(yòng)物理性質的(de)氣體傳感器:如(rú)熱傳導式、光幹涉式、紅外吸收式等。
C) 利用電化學性質(zhì)的氣體傳感器:如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定(dìng)電解(jiě)質(zhì)式等。
根據危害(hài),我們(men)將有毒有害氣體分為可燃氣(qì)體和有(yǒu)毒氣體兩大類。由於它們性質和危害不同,其檢測手段(duàn)也(yě)有所不同。可燃氣體是(shì)石油化工等工業場合(hé)遇到最多(duō)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。
可燃(rán)氣體(tǐ)發生爆炸必須具(jù)備一定的條件,那就是:一定濃度的可燃氣體(tǐ),一定量的氧氣以及足夠熱(rè)量點燃它們的火源,這就是(shì)爆炸三要素(如上左圖所示(shì)的爆炸三角形),缺一(yī)不可,也就是說,缺少其中任何一個條(tiáo)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(dào)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(qì)體遇火源發生(shēng)爆炸的濃度稱為爆炸濃度極限,簡稱爆炸極限(xiàn),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(dōu)會發(fā)生爆炸而要有一個濃度範圍。如上右圖所(suǒ)示的陰影部分。當(dāng)可燃氣體濃度低於LEL(最低爆炸限度)時(可燃氣體濃度不足(zú))和其(qí)濃度(dù)高於UEL(最高爆炸限度)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(參(cān)見第八期的介紹),這一點在標(biāo)定儀器時要十分注意(yì)。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。作警告警(jǐng)報(bào),而20%LEL稱作危險警報。這也就是(shì)我們將可燃氣體檢(jiǎn)測儀又稱作LEL檢測儀的原因。需要說明的是,LEL檢測儀上(shàng)顯示的100%不是可(kě)燃氣體的濃度達到氣體體(tǐ)積的100%,而是達到了LEL的(de)100%,即相當於可(kě)燃氣(qì)體(tǐ)的最低爆(bào)炸下限,如果是甲烷,100%LEL=4%體積濃度(VOL).在工作中,以LEL方式測量這些氣體(tǐ)的檢測儀是我們常見的(de)催化燃燒式檢測儀。它(tā)的原理是一個雙路電橋(qiáo)(一般稱作惠斯通電橋)檢測單元。在這其中的一個鉑金絲電橋上塗(tú)有(yǒu)催化燃燒(shāo)物(wù)質,不論(lùn)何種易燃氣體,隻要它能夠被電極引燃,鉑金絲電橋的(de)電阻就會由於溫(wēn)度變化發生改變,這種電(diàn)阻變化同可燃氣體的濃(nóng)度成一定比例,通過儀器的電路係統和微處理機可以計(jì)算出可燃氣體的濃(nóng)度。
直接(jiē)測量(liàng)可燃(rán)氣體的體積濃度的熱導式VOL檢測器也可以在市場上得(dé)到,同時,也已經有了LEL/VOL合二為一的檢測器。VOL可燃檢測器特(tè)別適合於在缺氧(氧氣(qì)不(bú)足)的環境中測量可燃氣體的體積(VOL)濃(nóng)度。
有毒氣體既可以(yǐ)存在於生(shēng)產原料(liào)中,如大多數(shù)的有機化學物質(zhì)(VOC),也可能存在於生產過程的各個環節的副產品中(zhōng),如氨、一氧化碳、硫(liú)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(bìng)、死(sǐ)亡等等,而且包括對於人體長期的危害,如致殘、癌變(biàn)等等。對於這些有(yǒu)毒有害氣體的檢測是我們發展中國家應當開始引起充分重(chóng)視(shì)的(de)問(wèn)題。
表(biǎo)
常見有毒有害氣體的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MAC(車間最大允許濃度)mg/m3。
有(yǒu)毒氣體 TWA STEL IDLH MAC
氨氣 (NH3) 25 35 500 30
一氧化碳(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(H2S) 10 15 300 10
一氧化氮 (NO) 25 -- 100 --
二氧化(huà)硫(liú)(SO2) 2 5 100 15
VOC* 50 100 -- --
隨氣體種類(lèi)不同,其TWA、STEL、IDLH、MAC等(děng)值會有一定的不同 目前,對於(yú)特定的有毒氣體的檢(jiǎn)測,我們使用最多的是專用氣體傳感器。它可以包括上麵。所列的所有氣體(tǐ)傳感器,也包括前兩章所介紹的光離子化檢測儀。其中,檢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(cháng)說的電化學傳感器。電化學傳感器的構成是:將兩個反應(yīng)電極--工作電極和對(duì)電極以及(jí)一個參比電極放置(zhì)在特定電解液中(如上圖如示(shì)),然後在反應電極之間加上足夠的電壓,使透過塗有重金屬催化劑薄膜(mó)的待(dài)測氣體進行氧化還原反應,再(zài)通過儀器中的電(diàn)路係統測量(liàng)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(yǐ)檢測到特定氣體的電化學傳感器包括:一氧化碳(tàn)、硫化氫、二氧(yǎng)化硫、一氧化氮、二氧化氮、氨氣、氯氣、氰氫酸、環(huán)氧乙烷、氯化氫等等。 檢測VOC檢測 器可(kě)以使用前章介紹的光離子化檢(jiǎn)測器。氧氣也是在工業環境中,尤其是密閉環境中需要十分(fèn)注意因素(sù)。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(wēi)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(hūn)迷以至死亡的危險。正(zhèng)常(cháng)的氧氣含量應當在20.9%左右(yòu)。氧氣(qì)檢測儀也是電化學傳感器的一種。 目前在選擇有毒有害氣體檢測儀時的問題:
在我國,由於曆史和認識上的(de)原因,我們在選用各類檢測儀時存在的問題還比較(jiào)多,具體體現(xiàn)在(zài): 1) 對可燃氣體的(de)檢測重於對有(yǒu)毒氣體的檢測。 2) 對可能引起急性中毒氣體的檢測重於對可能引起慢性中毒的氣體的檢測。
由於眾多可燃(rán)氣體泄漏所引起的爆炸事故的血的教訓,使人們對於可燃氣體檢測十分重視,可以講,任何一個石化、化工廠,絕大多數的危險氣體檢測儀都是LEL檢測儀。但僅配備LEL檢測儀對於真正保護工人的(de)安全和健康還是遠遠不夠的。
不可否認的是,大多數的揮(huī)發性危險氣體都是可燃氣體,但是,催化燃燒式的可燃氣(qì)體檢測儀(LEL)並不是對所有的可燃氣體檢測都是最佳(jiā)選擇。它是專門(mén)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(chū)的除(chú)甲烷以外的可燃氣體的下限濃度要遠遠(yuǎn)高於它們的(de)允許濃度。比如:對於苯、氨氣等危險有毒(dú)氣體,單純使用可燃氣體檢測儀就是一個十分危險的做法。比如,苯的(de)爆炸下限是1.2%,它在LEL檢測儀上的校正係數(shù)是2.51,也就是說,苯在一個用甲烷標(biāo)定的LEL檢測(cè)儀上的顯示的(de)濃(nóng)度隻是其實際(jì)濃度的40%!!這樣,用LEL可以檢測到的苯的(de)最低(dī)警報濃度是10%LEL=10%*1.2%*2.51=3.0*10-3,這個(gè)濃度同苯的允許濃度5*10-6相比要高近600倍!!。同樣(yàng),氨(ān)在LEL檢測儀上得到的警報濃度1.5*10-2也要比其允許濃度(dù)2.5*10-5高大約600倍。因此根據所檢測氣體的不同(tóng),選擇特定有毒氣體檢測儀要比(bǐ)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,比如硫化氫、氰氫酸等的(de)檢測較為重視,但對於可以引起慢性中毒的氣體,比如芳香烴、醇類等的(de)檢測(cè)重(chóng)視不夠,其實後者對於工人健康和安全(quán)的危害絲毫不遜於可以引(yǐn)起急性中毒的氣體!它們可能引起癌(ái)變和(hé)其它的隱形病症,影響工人的壽(shòu)命和健康。這種現象的出現,除了認識上的原因以外(wài),以(yǐ)前市場上缺乏合適的(de)、可以檢測較低濃度的有機氣體檢(jiǎn)測儀也是一個重要的原因。
隨著科學技術水平的發展(zhǎn)和人們健康認識(shí)的提高,人們(men)已經不(bú)滿足(zú)於僅僅(jǐn)"高高興興上班來,平平安安回家去",而是追求著更高的生活質(zhì)量和生活條件。人們不僅關心著今日的工作,更關心著明天----退休以後的生(shēng)活。因此在工業衛生和(hé)工業(yè)安全工作中要不斷地引入新觀念、新思(sī)路(lù)才能不僅要避免眼前的危險發生,而更要注意避免日後悲劇的(de)發生,所(suǒ)有這些,都需要通過法規製定和人們(men)素質(zhì)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(xuǎn)擇(zé)和維護各(gè)類有毒有害氣體傳感器。