工業氣體在工業電子領域的運用

因為在現實情況中（zhōng），安（ān）全和衛（wèi）生方麵的遇到的氣體很多都是有機無機氣體的混合物。隻是由於各種原因，目前對於有毒有害氣體的認識還（hái）更多地集中於（yú）可燃氣體、可以引起急性（xìng）中毒的氣（qì）體（硫化氫、氰氫（qīng）酸等）、以及某些常見的有毒氣體（一氧化碳）、氧氣等檢測儀上，因此，本文將首（shǒu）先著重介紹這類檢測儀，並綜合目前（qián）的（de）情況對各類有毒有害（無機/有（yǒu）機）氣體檢測儀的應用提出建議。

    有毒有害氣體檢測儀（yí）的分類和原理（lǐ）： 氣體檢測（cè）儀的關鍵部件是氣體傳感器。

    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體（tǐ）傳感器：如半導（dǎo）體（tǐ）式（表麵控製型、體積控製型、表麵電位型）、催化燃（rán）燒式、固體熱導式等。

    B） 利用物（wù）理性（xìng）質的氣體傳感器：如熱傳導式（shì）、光幹涉式（shì）、紅外吸收式等。

    C） 利用（yòng）電化學（xué）性質的氣體傳感（gǎn）器：如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解（jiě）質式等。

    根據（jù）危害，我（wǒ）們將有毒有害氣體分為（wéi）可燃氣體和有毒氣體（tǐ）兩大類。

    由於它們性質和危害不同（tóng），其檢測手段也（yě）有所不同。

    可燃（rán）氣體是石油化工等工業場合遇到最多的危險氣體（tǐ），它主要是烷（wán）烴（tīng）等有機氣體和（hé）某些無機（jī）氣體：如一氧化碳等。 可燃氣體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（yī）定量的氧氣以及足夠熱量點燃（rán）它們的（de）火源，這（zhè）就（jiù）是爆炸三要素（如上左圖（tú）所示的爆炸三角形），缺一不可，也就是（shì）說，缺少其中任何一個條件都（dōu）不會引起火災和爆炸。 當可燃氣（qì）體（蒸汽、粉塵）和氧（yǎng）氣混合（hé）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（bǎ）可（kě）燃氣體遇（yù）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（yòng）%表示。實際上，這種混合物也不（bú）是在任何（hé）混合比例上都會發生爆（bào）炸而要有一個（gè）濃度範圍。

    當可燃氣體濃度低於（yú）LEL（最低爆炸限度）時（可燃氣體濃（nóng）度不足）和其濃（nóng）度高於（yú）UEL（最高爆（bào）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（dōu）各不相同（參（cān）見第八期的介紹），這一點在標定儀器時要十（shí）分注意。為（wéi）安全起（qǐ）見，一般我們應當在可燃（rán）氣體濃度在LEL的10%和20%時發出警報（bào），這裏，10%LEL稱。作警告警報（bào），而20%LEL稱作危險警報。這也就是我們將可燃氣體檢測儀（yí）又稱作（zuò）LEL檢測儀的原因。

    需要說明的是，LEL檢測儀上顯示的100%不是可燃氣體的濃度達（dá）到氣體體（tǐ）積（jī）的100%，而是達到了LEL的（de）100%，即相當於可燃氣體的（de）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方式測量這些（xiē）氣體的檢測儀是我們常見的催化燃燒式檢測儀（yí）。它的原理是一個雙路（lù）電橋（一般稱作（zuò）惠斯（sī）通電橋）檢測單元。在這（zhè）其中的一個鉑金絲電（diàn）橋上塗有催化燃燒物質，不論何種易燃氣體，隻要它能夠（gòu）被電極引燃，鉑金絲電橋的電阻（zǔ）就會由於溫度（dù）變（biàn）化（huà）發生改變，這種電阻變化同可燃氣體的濃度成一定比例（lì），通（tōng）過儀器的電路係統和微處（chù）理機可以計算出可燃氣體的濃度。 直接測（cè）量（liàng）可燃氣（qì）體的體積濃度的熱導式VOL檢測器（qì）也可以在市場上得到，同時，也已經有了LEL/VOL合二為一的（de）檢測器。VOL可燃檢測器特別（bié）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（yǒu）機化學物質（VOC），也可能存在於生產（chǎn）過程（chéng）的各（gè）個環節的（de）副（fù）產（chǎn）品中，如氨、一氧化碳、硫化氫等（děng）等。它們是對工作（zuò）人員造成危害最大的危險因素。這種危害不僅包（bāo）括立（lì）即的傷害，如身體不適、發病、死（sǐ）亡等等，而且包括（kuò）對於（yú）人體長期的（de）危（wēi）害，如致（zhì）殘、癌變等等。對於這些有毒有害（hài）氣體（tǐ）的檢測是（shì）我們發展中國家應當開始引起充分重視的（de）問題。

    表常見有毒有害氣體的TWA（8小時統計權重平均值）、STEL（15分鍾短期暴露水平）、IDLH（立即致死量）（ppm）和MAC（車間最（zuì）大允許濃度）mg/m3。

    有毒氣體 TWA STEL IDLH MAC
    氨氣 (NH3) 25 35 500 30
    一氧化碳(CO) 25 — 1500 30
    氯氣 (Cl2) 0.5 1 30 1
    氰（qíng）化氫 (HCN) 10 4.7 50 0.3
    硫（liú）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（qì）體種（zhǒng）類不（bú）同，其TWA、STEL、IDLH、MAC等值會有一定的不同 目前（qián），對於特定的有毒氣體的檢測，我們使用最多的是專用（yòng）氣體傳感（gǎn）器。它可以包括上麵。所列的所有氣體傳感器，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（chéng）熟、綜合指標（biāo）最好的方法是定電位（wèi）電解式方法，也就是我們常說的電化學傳感器。

    電化（huà）學傳感器的構（gòu）成是：將兩個反應電極–工作電極和對電極以及一個參比（bǐ）電極（jí）放置在特定電解液中（如上圖如示），然（rán）後在反應電極之間加上足（zú）夠的電壓，使透過塗有重金屬催化劑薄膜（mó）的（de）待測氣體進行氧化還原（yuán）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（de）濃度。

    目前，可以檢測到特定氣體的電化學傳感器包括：一氧化碳、硫化氫、二（èr）氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、氨氣、氯（lǜ）氣、氰氫酸、環氧（yǎng）乙烷、氯化氫等（děng）等。 檢測VOC檢測 器可以使用前章（zhāng）介紹的光離子（zǐ）化檢測器（qì）。氧氣也（yě）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（hán）量超過23.5%稱為氧（yǎng）氣過量(富氧)，此時很容易（yì）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（de）危險。正（zhèng）常的氧氣含量應當在20.9%左右。氧氣（qì）檢測儀也是電化學傳（chuán）感器的一種。

    目前在選擇有毒有害氣體檢測儀時的問題（tí）： 在我國，由於曆史和（hé）認識上的（de）原因，我們在（zài）選用各類檢測儀時存在的問題還比較多，具體體現在：

    1） 對可燃氣體的檢測重於對有毒氣體（tǐ）的（de）檢測。

    2） 對可（kě）能引起急性中毒氣體的（de）檢（jiǎn）測重於對可能引（yǐn）起慢性中毒的氣體的檢測。

    由於眾（zhòng）多可燃氣體（tǐ）泄漏所引起的爆炸事故的血的教訓（xùn），使人們對於可（kě）燃氣體（tǐ）檢測十分重視，可以講，任（rèn）何一個石（shí）化、化（huà）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安全和健康還是遠遠不夠的。 不可（kě）否認的（de）是，大多數的揮（huī）發（fā）性危險氣（qì）體都是可燃（rán）氣體，但是，催化燃燒式的可燃氣體檢測儀（LEL）並不是對（duì）所有的可燃氣體檢測都（dōu）是最佳選擇。它是專門（mén）為檢測甲烷設計的，而（ér）對其（qí）它物質的檢測性能比較差。所以，它（tā）們可以檢測（cè）出的除甲烷以外的可燃氣體的下限濃度要（yào）遠遠高於它們的允許濃度。

    比如：對於（yú）苯（běn）、氨氣等危險有毒氣體，單純使用可燃氣體檢測儀（yí）就（jiù）是一個十分危險的做法。比如，苯的爆（bào）炸下限是1.2%，它在LEL檢測儀上（shàng）的校正係數是2.51，也就是說，苯在一個用甲烷標定的LEL檢測儀上（shàng）的顯示的濃度隻是其實際（jì）濃度的40%！！這樣，用LEL可以檢測到（dào）的苯的最低警報濃度是（shì）10%LEL=10%*1.2%*2.51=3.0*10-3，這個濃度同苯的允許濃度5*10-6相比（bǐ）要高（gāo）近600倍!!。同（tóng）樣，氨在LEL檢測儀上得（dé）到（dào）的警報（bào）濃度1.5*10-2也要比其（qí）允許濃度2.5*10-5高大約600倍。因此根據所檢測氣體的不同，選（xuǎn）擇（zé）特定有毒氣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，比如硫化氫、氰氫酸等的檢測（cè）較（jiào）為重視，但對於可以引起慢（màn）性中毒的（de）氣體，比如芳香烴、醇類等的檢測重視不夠，其實後者對於（yú）工人健康和（hé）安全的危害絲毫不（bú）遜於可（kě）以引起急性（xìng）中毒的氣（qì）體！它們可能引起癌變和（hé）其它的（de）隱（yǐn）形病症，影響（xiǎng）工人的壽（shòu）命和健康。這種現象的出現，除了認識（shí）上的原因以外，以前市場上缺乏（fá）合適的、可以檢測較低濃度的有機氣體檢測儀也是一個重（chóng）要的原因。 隨著科學技術水平的發展和人們健康認識的提高，人們已經（jīng）不滿（mǎn）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（gāo）的生活質（zhì）量和生活條件（jiàn）。人們不（bú）僅關心著今日（rì）的工作，更關心著明天—-退休以後的生活。

    因（yīn）此在工業衛生和工業安全（quán）工作（zuò）中要不斷地引入新觀念、新（xīn）思路才（cái）能不僅要避免眼前的（de）危險發生，而更要注意（yì）避免日後悲劇的發生，所有這些，都需（xū）要通過法（fǎ）規製定和人們素質（zhì）的提高得到不斷地改善和提高。我們將在下節內容（róng）中探討如何選擇和維護各類有毒有害氣體傳感器。