Detector de fotoionización

Un detector de fotoionización o PID es un tipo de detector de gas .

Los detectores de fotoionización típicos miden compuestos orgánicos volátiles y otros gases en concentraciones que van desde subpartes por mil millones hasta 10 000 partes por millón (ppm). El detector de fotoionización es un detector eficiente y económico para muchos analitos de gases y vapores. Los PID producen lecturas instantáneas, funcionan de forma continua y se utilizan comúnmente como detectores para cromatografía de gases o como instrumentos portátiles. Las versiones portátiles, alimentadas por batería, se utilizan ampliamente en instalaciones militares, industriales y de trabajo confinadas para la salud y la seguridad. Su uso principal es para monitorear la posible exposición de los trabajadores a compuestos orgánicos volátiles (COV), como solventes, combustibles, desengrasantes, plásticos y sus precursores, fluidos de transferencia de calor, lubricantes, etc., durante los procesos de fabricación y el manejo de residuos.

Los PID portátiles se utilizan para la monitorización:

• Higiene y seguridad industrial
• Contaminación ambiental y remediación
• Manipulación de materiales peligrosos
• Detección de amoníaco
• mediciones del límite inferior de explosividad
• Investigación de incendio provocado ^{[ 1 ]}
• Calidad del aire interior
• Mantenimiento de instalaciones de salas blancas
• Compuestos orgánicos volátiles (COV) emitidos por raquetas de tenis de mesa

En un detector de fotoionización, los fotones de alta energía , típicamente en el rango ultravioleta de vacío (UVV), rompen las moléculas en iones con carga positiva . ^{[ 2 ]} Cuando los compuestos entran al detector, son bombardeados por fotones UV de alta energía y se ionizan al absorber la luz UV, lo que resulta en la eyección de electrones y la formación de iones con carga positiva. Los iones producen una corriente eléctrica , que es la señal de salida del detector . Cuanto mayor sea la concentración del componente, más iones se producen y mayor es la corriente. La corriente se amplifica y se muestra en un amperímetro o en una pantalla digital de concentración. Los iones pueden experimentar numerosas reacciones, incluyendo la reacción con oxígeno o vapor de agua, reordenamiento y fragmentación. Algunos de ellos pueden recapturar un electrón dentro del detector para reformar sus moléculas originales; sin embargo, solo una pequeña porción de los analitos en el aire se ionizan inicialmente, por lo que el impacto práctico de esto (si ocurre) suele ser insignificante. Por lo tanto, los detectores PID no son destructivos y pueden utilizarse antes que otros sensores en configuraciones de múltiples detectores.

El PID solo responderá a componentes que tengan energías de ionización similares o inferiores a la energía de los fotones producidos por la lámpara PID. ^{[ 3 ]} Como detectores independientes, los PID son de banda ancha y no selectivos, ya que pueden ionizar todo con una energía de ionización menor o igual a la energía del fotón de la lámpara. Las lámparas comerciales más comunes tienen límites superiores de energía de fotones de aproximadamente 8,4 eV, 10,0 eV, 10,6 eV y 11,7 eV. Los componentes principales y secundarios del aire limpio tienen energías de ionización superiores a 12,0 eV y, por lo tanto, no interfieren significativamente en la medición de los COV, que normalmente tienen energías de ionización inferiores a 12,0 eV. ^{[ 4 ]}

Las emisiones de fotones de las lámparas PID dependen del tipo de gas de relleno (que define la energía luminosa producida) y de la ventana de la lámpara, que afecta a la energía de los fotones que pueden salir de la lámpara:

La lámpara de 10,6 eV es la más común porque tiene una gran potencia lumínica, una vida útil más larga y responde a muchos compuestos. En orden aproximado de mayor a menor sensibilidad, estos compuestos incluyen:

• Aromáticos
• Olefinas
• Bromuros y yoduros
• Sulfuros y mercaptanos
• Aminas orgánicas
• Cetonas
• Éteres
• Ésteres y acrilatos
• Aldehídos
• Alcoholes
• Alcanos
• Algunos compuestos inorgánicos, incluidos _NH₃ , _H₂S y _PH₃

La primera aplicación comercial de la detección por fotoionización se realizó en 1973 como un instrumento portátil para detectar fugas de COV, específicamente monómero de cloruro de vinilo (VCM), en una planta de fabricación de productos químicos. El detector de fotoionización se aplicó a la cromatografía de gases (GC) tres años después, en 1976. ^{[ 5 ]} Un PID es altamente selectivo cuando se acopla con una técnica cromatográfica o un tubo de pretratamiento, como un tubo específico para benceno. Se pueden obtener cortes de selectividad más amplios para compuestos fácilmente ionizables utilizando una lámpara UV de menor energía. Esta selectividad puede ser útil al analizar mezclas en las que solo algunos de los componentes son de interés.

El PID se suele calibrar con isobutileno , y otros analitos pueden producir una respuesta relativamente mayor o menor en función de la concentración. Aunque muchos fabricantes de PID ofrecen la posibilidad de programar un instrumento con un factor de corrección para la detección cuantitativa de un compuesto químico específico, la amplia selectividad del PID implica que el usuario debe conocer con alta certeza la identidad del gas o vapor que se va a medir. ^{[ 4 ]} Si se introduce un factor de corrección para el benceno en el instrumento, pero en su lugar se mide vapor de hexano, la menor respuesta relativa del detector (mayor factor de corrección) para el hexano daría lugar a una subestimación de la concentración real de hexano en el aire.

Con un cromatógrafo de gases, un tubo de filtro u otra técnica de separación antes del detector PID, generalmente se evitan los efectos de la matriz porque el analito entra en el detector aislado de los compuestos que interfieren.

La respuesta a los PID independientes es generalmente lineal desde el rango de ppb hasta al menos unos pocos miles de ppm. En este rango, la respuesta a mezclas de componentes también es linealmente aditiva. ^{[ 4 ]} A concentraciones más altas, la respuesta se desvía gradualmente de la linealidad debido a la recombinación de iones con carga opuesta formados en proximidad y/o 2) absorción de luz UV sin ionización. ^{[ 4 ]} La señal producida por un PID puede ser atenuada al medir en entornos de alta humedad, ^{[ 6 ]} o cuando un compuesto como el metano está presente en altas concentraciones de ≥1% en volumen ^{[ 7 ]} Esta atenuación se debe a la capacidad del agua, el metano y otros compuestos con altas energías de ionización para absorber los fotones emitidos por la lámpara UV sin producir una corriente iónica. Esto reduce la cantidad de fotones energéticos disponibles para ionizar los analitos objetivo.