目前我們對於(yú)有毒有害氣體的認識還(hái)更(gèng)多地集中於可燃氣體、可以引起急性中毒(dú)的氣體(硫化氫、氰氫酸等)、以(yǐ)及某些常見的有毒氣體(一氧化碳)、氧氣等檢測儀上,因此,本文將首先著重介(jiè)紹這類檢測儀,並(bìng)綜合目前的情況對各類有毒(dú)有害(無機/有機)氣體檢測儀的應(yīng)用提出建議。 有毒有害氣體檢測儀的分類和原理:
氣(qì)體檢測儀的關鍵部件是(shì)氣體傳感器。氣體傳感器從原理上可以分為三大類(lèi):
A) 利用物(wù)理化學性質的氣體傳感器:如半導體式(表麵控製型、體積控製型、表(biǎo)麵電位型)、催化燃(rán)燒(shāo)式、固體熱導式等。
B) 利用物理性質的氣體傳感器:如熱傳導式、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(diàn)池式、隔膜(mó)離子電極(jí)式、固定電解質式等。
根據危(wēi)害,我們將有(yǒu)毒有害氣(qì)體分(fèn)為可燃氣體(tǐ)和有毒氣體兩大類。由(yóu)於(yú)它們性質和危(wēi)害不同,其檢測手段也有所不同。可燃(rán)氣體是石油化工等工業場合遇到最(zuì)多的危險氣體(tǐ),它主要是烷烴等有機氣(qì)體和某些無機氣體:如一氧化碳等。
可(kě)燃氣體發(fā)生爆炸必須具備一定(dìng)的條件,那就是:一定濃度的可燃(rán)氣體,一定量的氧(yǎng)氣以及足夠熱量點燃它們的火源,這就是爆炸三要素(如上左圖所示的爆炸三(sān)角形),缺一不可,也就是說,缺少其中任何一個條件(jiàn)都不(bú)會引(yǐn)起火災和爆炸。
當可燃(rán)氣體(蒸汽、粉(fěn)塵)和氧氣混合並達到一定濃度時,遇具有(yǒu)一定溫度的(de)火源就會發生爆炸。我(wǒ)們把可(kě)燃氣體(tǐ)遇火源發生爆炸(zhà)的濃度稱為爆炸濃(nóng)度極限,簡稱爆炸極(jí)限,一般用%表示。實(shí)際上,這種混合物也不是在任何混合比(bǐ)例上都會發生爆炸而要有一個濃度範圍。如上(shàng)右圖所(suǒ)示(shì)的陰影部分。當可燃(rán)氣體濃度低於LEL(最低(dī)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)都不會發生爆炸。不同的可燃氣體的LEL和UEL都(dōu)各不相同(參見第八期的介紹),這一點在標定儀器時要十分注意。為安全起見,一般我們應當在可燃氣體(tǐ)濃度在LEL的10%和20%時(shí)發出警報,這裏,10%LEL稱。作警告警報,而20%LEL稱作危險警報。這也就(jiù)是我(wǒ)們將可燃氣體檢測儀又稱作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(dù)達到氣體體(tǐ)積的(de)100%,而是(shì)達到了LEL的100%,即(jí)相當於可燃氣體的(de)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(shì)測量這些氣體的檢測儀是我(wǒ)們常見的催化燃燒式檢測儀。它的原理是一(yī)個雙路電(diàn)橋(一般稱作惠斯通電橋)檢測單元。在這其(qí)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(qì)體,隻要它能夠被電極引燃,鉑金絲電橋的電(diàn)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(chéng)一定比例,通過儀器的電路係統和微處理機可以計算出可(kě)燃氣(qì)體的濃度。
直接測量可燃氣(qì)體的體積濃度的熱導式VOL檢測器也可以在市場上得到,同(tóng)時,也已經(jīng)有了LEL/VOL合二(èr)為一的檢測器。VOL可燃檢測器特別適合於在缺氧(氧氣不足)的環境中測量可燃氣體的體積(VOL)濃度。
有毒氣(qì)體(tǐ)既可以存在(zài)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(de)各個環節的副產品中,如氨、一氧化碳、硫化氫(qīng)等等。它們(men)是對工作人員造成危(wēi)害最大的危險因素。這種危害不僅包(bāo)括立即的傷害,如身體不適、發病、死亡等等,而(ér)且包括對於人體長期的危害(hài),如致殘、癌變等等。對於這些有毒有害氣體的檢測是我們發展中國家應當開始引起充(chōng)分重(chóng)視(shì)的問題。
表
常(cháng)見(jiàn)有毒有害氣體的TWA(8小時統計權重平均值)、STEL(15分鍾短(duǎn)期暴露水平)、IDLH(立即致死量)(ppm)和MAC(車(chē)間最大允許濃度(dù))mg/m3。
有毒氣體 TWA STEL IDLH MAC
氨氣 (NH3) 25 35 500 30
一氧化碳(tàn)(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(qí)TWA、STEL、IDLH、MAC等值會有一(yī)定(dìng)的(de)不同 目前,對於特定的有毒氣(qì)體的檢測,我們使用最多的是(shì)專用氣體傳感器。它可以包括上麵。所列的所有氣體傳感器,也包括前(qián)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,也就是我們常說的電化學傳感器。電化學傳感器的構成是(shì):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(如上圖如示),然後在反應電極之間加(jiā)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(qì)中的電路係統測(cè)量氣體電解時產生的電流,然後由其(qí)中的(de)微處理(lǐ)器計(jì)算出氣體的濃(nóng)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、二氧化硫、一氧化氮、二氧(yǎng)化氮、氨氣、氯氣、氰氫酸、環氧乙烷、氯化氫等等。 檢測VOC檢測 器可以使用(yòng)前章介紹的光離子化(huà)檢測(cè)器。氧氣也是在工業環境(jìng)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(chāo)過(guò)23.5%稱為氧氣過(guò)量(富氧),此時很容易發生爆炸的危險(xiǎn);而氧氣含量低於19.5%為氧氣不(bú)足(缺氧(yǎng)),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(qì)含量應當在20.9%左右。氧氣檢測儀也(yě)是電化學傳感器的一種。 目前在選擇有毒有害(hài)氣體檢測儀時的問題(tí):
在我國,由於曆史(shǐ)和認識上的原(yuán)因,我們在選用各類檢測儀時存在的問題(tí)還比較多,具體(tǐ)體現(xiàn)在: 1) 對可(kě)燃(rán)氣體的檢測重於對有毒氣體的檢測。 2) 對可能引起急性中毒氣體的檢測重於對可能(néng)引起慢性中毒的氣體的檢測。
由於眾多可(kě)燃氣體泄漏所引起的爆炸(zhà)事故(gù)的血的(de)教訓,使(shǐ)人們對於(yú)可燃氣體檢測十分重視,可(kě)以講,任何一個石化、化工廠,絕大多數的危險氣體檢測(cè)儀都是LEL檢(jiǎn)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(gòu)的。
不可否認(rèn)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檢測儀(LEL)並不是對所(suǒ)有的可燃氣體檢測都是最佳選(xuǎn)擇。它是專門為檢(jiǎn)測甲烷設計的,而對其它物質的檢(jiǎn)測性能(néng)比較差。所以,它(tā)們可以檢測出的除甲烷以外(wài)的可燃氣(qì)體的下限濃度要遠遠高(gāo)於(yú)它們的允許濃度。比如:對於(yú)苯、氨氣(qì)等危險有(yǒu)毒氣體,單純使用可燃氣體檢測儀就是一個十分危險的做法。比如,苯的爆炸下限是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檢測儀上的顯示的濃度隻(zhī)是其實際濃度的40%!!這(zhè)樣,用LEL可以檢測到的(de)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(tóng)苯的允許濃(nóng)度5*10-6相(xiàng)比要高近600倍!!。同樣,氨在(zài)LEL檢測儀上(shàng)得到的警報濃度1.5*10-2也要比其允許濃度2.5*10-5高大約600倍。因此根(gēn)據所檢測(cè)氣體的不同,選擇特定有毒(dú)氣體檢測儀要比單純選擇LEL檢測(cè)儀更加安全可靠(kào)得多。
另外,目(mù)前我們對於(yú)可以引(yǐn)起急性中毒的氣體,比如硫化氫、氰氫酸等的檢測較為(wéi)重視,但對(duì)於可以引起慢性中毒(dú)的氣(qì)體,比如芳香烴、醇類等的檢測重視(shì)不夠,其實後者(zhě)對於工人健(jiàn)康和安(ān)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它(tā)的隱形病症,影響工人的壽命和健康。這種現象的出現(xiàn),除了認(rèn)識上的原因以外,以前(qián)市場上缺乏合適的、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(yīn)。
隨著科學技術水平的發展和人們(men)健康認識的提高,人們已經不滿足於僅(jǐn)僅(jǐn)"高高興興上班來,平平安安回家去",而是追求(qiú)著更(gèng)高的生活質量和生活條件。人們不僅關心著今日(rì)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(gōng)業安全工作中(zhōng)要不斷地引入新觀念、新思路(lù)才能不僅要避免眼前的危險發生,而更要(yào)注意避免日(rì)後悲劇的發生,所有這些,都需要通過法規製定和人們素質的提高得到不斷地改善和(hé)提高。我們將在下節(jiē)內容中探討如何選擇和維護各類(lèi)有毒有害氣體傳感器。