目前我們對於(yú)有毒有害氣體的認識還更多地集中於可燃(rán)氣體、可以引起急性(xìng)中毒的氣體(硫化氫、氰(qíng)氫酸等)、以及某些常見的有(yǒu)毒氣體(一(yī)氧化(huà)碳)、氧氣等檢測儀(yí)上(shàng),因此,本文將首先著(zhe)重介紹這類檢測儀,並綜合目前的情況對各類有毒有害(無機/有(yǒu)機)氣體檢測儀的應用(yòng)提出建議。 有毒有害氣體檢測儀的分類和原(yuán)理:
氣(qì)體檢測儀的關鍵(jiàn)部件是氣體傳感器(qì)。氣體傳感器從原理上(shàng)可以分為三大類(lèi):
A) 利用(yòng)物理化學性質(zhì)的(de)氣體傳感器:如半導體式(表麵控製型、體積控製型、表麵電位型)、催化燃燒式、固體熱導式等(děng)。
B) 利用物理性質的(de)氣體傳感器:如熱傳(chuán)導式、光(guāng)幹涉式、紅外吸收式等。
C) 利用電化學性質的氣體傳感器:如(rú)定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解質式(shì)等。
根(gēn)據危害,我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(yóu)於它們性質和(hé)危害不同,其檢測手段也有所不同。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(tīng)等有機氣體和某些無機氣體:如一氧化碳等。
可燃氣體發生爆炸必須具備一定的條(tiáo)件,那就是:一(yī)定濃度的可燃氣(qì)體,一定量的氧氣以及足夠熱量點(diǎn)燃它們的火源(yuán),這就是爆炸三要素(sù)(如上左圖(tú)所(suǒ)示的爆炸三角形),缺一不可,也就是說,缺少其中任(rèn)何一個(gè)條(tiáo)件都不會引起火災和爆炸。
當可燃氣體(蒸汽、粉塵)和氧氣混合並達到一定濃度時,遇具有一定溫(wēn)度的火源就會發生(shēng)爆炸。我們把(bǎ)可燃氣體遇火源發生爆炸的濃(nóng)度稱為爆炸濃(nóng)度極限,簡稱爆炸極限,一般用(yòng)%表示。實(shí)際上(shàng),這種混合物也不是在任何混合比例(lì)上都會發生爆炸而要有一個濃度範(fàn)圍。如上右(yòu)圖所示的陰影部分。當可燃氣體濃度低(dī)於LEL(最低爆炸限度)時(可燃氣體濃度不足(zú))和其濃度(dù)高於UEL(最高爆炸限(xiàn)度)時(氧氣不足(zú))都不會發生爆炸。不同(tóng)的可燃氣體的LEL和UEL都各不相同(參見第八期的介紹),這一點在標定儀器時要十分注意。為安(ān)全(quán)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。作警告警報,而20%LEL稱作危險警(jǐng)報。這也就是我們將可燃氣體檢測(cè)儀又稱作LEL檢測儀的原因。需要說(shuō)明的是,LEL檢(jiǎn)測儀上顯示的100%不是可燃(rán)氣體的濃度達到氣體體積的100%,而是達到了LEL的(de)100%,即相當於可燃氣體的最低爆炸下限,如果是甲烷,100%LEL=4%體積濃度(VOL).在工作中,以LEL方式測量這些氣體的檢測儀是我們(men)常見(jiàn)的催化燃燒式檢測儀(yí)。它的原理(lǐ)是一個雙路電橋(一(yī)般稱作惠斯通電橋)檢測(cè)單元(yuán)。在這其中(zhōng)的一個鉑金絲電橋上塗有(yǒu)催化燃燒物質,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,通過儀器的電路係統和微處理機可以計算(suàn)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VOL檢測器也可以在(zài)市場上得到,同時,也已經有了LEL/VOL合二為一的檢測器。VOL可燃檢測器特別適合於在缺氧(氧氣不足)的環境中(zhōng)測量可燃氣體的體積(VOL)濃度。
有毒氣體既可以(yǐ)存(cún)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(guò)程的(de)各個環(huán)節的副產品中,如(rú)氨、一氧化碳(tàn)、硫化(huà)氫等等。它們是對工作人員造成危害最大的危險因素。這種(zhǒng)危害不僅包括立即的傷害,如身體不(bú)適、發(fā)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檢測是我們發(fā)展中國家應當開始引起充(chōng)分重視的問題。
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(shuǐ)平)、IDLH(立即致(zhì)死量(liàng))(ppm)和MAC(車間最(zuì)大允(yǔn)許濃度)mg/m3。
有毒氣體(tǐ) 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(huà)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(bú)同 目前,對於(yú)特定的有毒(dú)氣體的(de)檢測,我們使用最多的是專用氣體傳感(gǎn)器。它可以(yǐ)包括上麵。所列的所有氣體傳(chuán)感器,也包括前兩章(zhāng)所(suǒ)介紹的光離子化檢測儀。其中,檢測無機氣體最為普遍(biàn)、技術相對成熟、綜合指標最(zuì)好的方法是定電位電解式(shì)方法,也(yě)就是我們常說的電化學傳感器。電化學傳感器的(de)構成是(shì):將兩個反應電極--工作電極和對電極以(yǐ)及一個參比電極放置在特定電解液中(如上(shàng)圖如示),然後在反應電極之間加上足夠的電壓,使(shǐ)透(tòu)過塗有重金屬催化(huà)劑(jì)薄膜的(de)待測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(wēi)處理器計算出氣體的濃度。
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、二氧化硫(liú)、一氧化氮、二氧(yǎng)化氮(dàn)、氨氣、氯氣、氰氫(qīng)酸、環氧乙烷、氯化氫等等。 檢測(cè)VOC檢測 器可以使用前(qián)章介紹的光離子(zǐ)化檢測(cè)器。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(wǒ)們將氧氣含量超(chāo)過23.5%稱為氧氣(qì)過量(liàng)(富氧),此時很容易(yì)發生爆炸的危險;而氧氣含量(liàng)低於19.5%為氧氣(qì)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(de)氧氣含量(liàng)應當在20.9%左右。氧氣檢測儀也是電化學傳感器的一(yī)種。 目前在選(xuǎn)擇有毒有害氣體檢測儀時的問(wèn)題:
在我國,由於曆史和認識上的原因,我們在選(xuǎn)用各類檢(jiǎn)測儀時存在的問題還比較多,具(jù)體體現在: 1) 對可燃氣體的檢(jiǎn)測重於對有毒氣體(tǐ)的檢(jiǎn)測。 2) 對可能引起急性中毒(dú)氣體的檢測重於對可能引起慢性中毒的氣體的檢測。
由於眾多可燃氣體泄漏所引起的(de)爆炸事故的血的教訓,使人們對於可燃氣體檢測十分重視(shì),可以講,任何一個石化、化工廠,絕大(dà)多數的危(wēi)險氣體檢測(cè)儀都是(shì)LEL檢(jiǎn)測儀。但僅(jǐn)配(pèi)備LEL檢測儀對於真正保護工(gōng)人的安全和健康還(hái)是遠遠不夠的(de)。
不可否認的是,大多數(shù)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體檢測儀(LEL)並不(bú)是對所有的可燃氣體檢測都是最佳選擇。它(tā)是專門為檢測甲烷設計的,而對其它物質的檢(jiǎn)測性(xìng)能比較差。所以,它們可以檢測出的除甲烷以外的可燃氣體的下限濃度要遠遠高於(yú)它們的允許(xǔ)濃度。比如:對於苯、氨氣等危險有毒氣體(tǐ),單純(chún)使用可燃氣體檢測儀就是一個十分危險的做法(fǎ)。比如,苯的爆炸下限是1.2%,它在LEL檢測儀上的校正係數(shù)是2.51,也就是說,苯在一個用甲烷標定的LEL檢測儀上的顯示的濃度(dù)隻是其(qí)實際濃度的40%!!這樣,用LEL可以檢測到的苯(běn)的最(zuì)低警報濃(nóng)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相比要(yào)高近600倍!!。同樣,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2.5*10-5高大約600倍。因此(cǐ)根據所檢測氣體的不同,選擇特定(dìng)有(yǒu)毒氣體(tǐ)檢測儀要(yào)比單純(chún)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(xìng)中(zhōng)毒的氣(qì)體,比如硫化氫(qīng)、氰氫酸等的檢測較為重視(shì),但對於可以引起(qǐ)慢性中毒的氣體,比如(rú)芳香烴、醇類等的檢測重視不夠,其實後者對(duì)於工人健康和安全的(de)危害絲毫不遜於可以(yǐ)引起急性中毒的氣體!它們可能引起癌變和其它的隱形病症,影響工人的壽命(mìng)和健康。這種現象的出現,除了認識上的原因以(yǐ)外,以前(qián)市場(chǎng)上缺乏合(hé)適(shì)的、可以檢測較低濃度的有機(jī)氣體檢測儀也是一個重要的原因。
隨著科學技術水平的發展和(hé)人們健康認識(shí)的提高,人們已經不滿足於僅僅"高(gāo)高興興上班來(lái),平平安安回(huí)家去",而是追求(qiú)著更高的生活質量和生活條件。人們不僅關心著今日的工作,更關心著明天----退休(xiū)以後(hòu)的(de)生(shēng)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,而更要注意避免日後悲劇的發生,所有這些(xiē),都需要通過(guò)法規製定和人們素質的提高(gāo)得到(dào)不斷地改善和提高。我們將在下節內容(róng)中探討如何(hé)選擇和維護各類有毒有(yǒu)害氣體(tǐ)傳感器。