目(mù)前我(wǒ)們對於(yú)有毒有害氣體的認識還更多地集中於可燃氣體(tǐ)、可(kě)以引起急性(xìng)中毒的氣體(硫化氫、氰氫酸等)、以及某(mǒu)些常見的有毒氣體(一氧化碳)、氧(yǎng)氣等檢(jiǎn)測儀上,因此,本(běn)文將首先著重(chóng)介紹這類檢測儀,並綜合目前(qián)的情況對各類有毒有害(無機/有機)氣體檢測儀的應(yīng)用(yòng)提出(chū)建議。 有毒有害氣體(tǐ)檢(jiǎn)測(cè)儀的分(fèn)類和原理:
氣體檢測儀的關鍵部件(jiàn)是氣體傳感器。氣體傳感(gǎn)器從原理上可以分為三大類:
A) 利用物理化學性質的氣體傳感器:如半導體式(表(biǎo)麵(miàn)控製型、體(tǐ)積控製型、表麵電位型)、催化燃燒式、固體熱導式等。
B) 利用物(wù)理性質的氣體傳感器(qì):如熱傳導式、光幹涉式、紅外吸收式等。
C) 利用電化學(xué)性質的氣體傳感器:如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜(mó)離子電極式、固(gù)定電解質式等。
根(gēn)據危害(hài),我們將有毒有害氣體分為可燃(rán)氣(qì)體(tǐ)和有毒氣體兩大類。由於它們性質和危害不同,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(dào)最多的危險氣體,它主要是烷烴等(děng)有機氣體和某(mǒu)些無機氣(qì)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(de)可燃(rán)氣體,一定量(liàng)的氧氣以及足(zú)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角(jiǎo)形),缺一不可,也就是說(shuō),缺少其中任(rèn)何一個條件(jiàn)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(yù)具有一定溫度的火源就(jiù)會(huì)發生爆炸。我們把可燃氣體遇火源發生爆炸的濃度稱為爆炸濃度極(jí)限,簡稱爆炸極限,一般用%表示。實際上,這種混合物(wù)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。如上右圖所示的(de)陰影部分。當可燃氣體濃度低於LEL(最低爆炸限度)時(可(kě)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(zú))都不會發生爆炸。不同的可燃氣體的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。為安全起見,一般(bān)我(wǒ)們應當在可(kě)燃氣(qì)體濃度在LEL的(de)10%和20%時發出警報(bào),這裏,10%LEL稱。作警告警報,而20%LEL稱作危險警報。這也就是我們將(jiāng)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檢測儀上顯(xiǎn)示(shì)的100%不是可燃(rán)氣體(tǐ)的濃度達(dá)到氣體體積的100%,而是達到了LEL的100%,即相當(dāng)於可燃氣體的最(zuì)低(dī)爆炸下限,如果是甲烷,100%LEL=4%體積濃(nóng)度(dù)(VOL).在工(gōng)作中,以LEL方式測(cè)量(liàng)這些氣體的檢(jiǎn)測儀(yí)是我們(men)常(cháng)見的催化燃燒式檢測儀。它的原理是一個雙路電橋(一般(bān)稱作惠斯通(tōng)電橋(qiáo))檢測單元。在(zài)這(zhè)其中的一個鉑金(jīn)絲電橋上塗有催化燃燒物質,不論何種易燃氣體,隻要它能夠被電極引燃,鉑(bó)金(jīn)絲電橋的電阻就會由於(yú)溫度變化發生改變,這種電(diàn)阻變化同(tóng)可(kě)燃氣體的濃度成一定比例,通過儀器的(de)電路係統和微處理(lǐ)機可以計算出(chū)可燃氣體的濃度。
直接測量可燃氣體的體積濃度的熱(rè)導(dǎo)式VOL檢測器也可以在市場上(shàng)得到,同時,也已經(jīng)有了LEL/VOL合二為一的(de)檢測器。VOL可燃檢測器特別適合(hé)於在缺氧(氧氣不足(zú))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,如大多數的有機化學物質(VOC),也可能存在於生產過程的各(gè)個環節的副產品中,如氨、一氧化碳、硫化氫(qīng)等等。它們是對工作人員(yuán)造成危害最大的危險因素。這種危(wēi)害不僅包括(kuò)立即的(de)傷害,如身體不適、發病、死(sǐ)亡等等,而(ér)且包括對於人體長期的危害,如致殘、癌變等(děng)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分重視的問題。
表
常(cháng)見有毒有害氣體的TWA(8小時統計權重平均值(zhí))、STEL(15分鍾短期暴露水平)、IDLH(立即致死量)(ppm)和MAC(車間最大(dà)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(qīng) (HCN) 10 4.7 50 0.3
硫(liú)化(huà)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 -- --
隨氣體種類不同,其TWA、STEL、IDLH、MAC等值會(huì)有一定的不(bú)同 目前,對於特定的(de)有毒氣體的檢測,我們使用最多的是專用氣體傳感器。它可以包括上麵。所(suǒ)列的所(suǒ)有(yǒu)氣體傳感(gǎn)器,也包括(kuò)前兩章所介紹的光離子化檢測儀。其中(zhōng),檢測無機(jī)氣體最為普遍、技術相對成熟、綜合指(zhǐ)標最好的方法(fǎ)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:將兩(liǎng)個反應電極(jí)--工作電(diàn)極和對電極以及(jí)一個參比電極(jí)放置在特定電(diàn)解液中(如上圖如示),然後(hòu)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(jì)薄膜的待測(cè)氣(qì)體進行氧化(huà)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(qí)中(zhōng)的微處理器計算出氣體的濃(nóng)度。
目前,可以檢(jiǎn)測到特定氣體的(de)電化學傳感器包(bāo)括:一氧化碳、硫化(huà)氫、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、氨氣、氯氣、氰氫(qīng)酸、環氧(yǎng)乙烷、氯(lǜ)化氫等等。 檢測VOC檢測 器可以使用前章介紹的光離子(zǐ)化檢測(cè)器。氧氣也是在工業環境中,尤其是密閉環境中需要十分注意因素。一般我們將氧氣含量超過(guò)23.5%稱為氧氣過量(富氧),此時很容易發生(shēng)爆炸(zhà)的(de)危險(xiǎn);而氧氣含量低於19.5%為氧氣不足(缺氧),此時很容易發生(shēng)工人(rén)窒息(xī)、昏迷以至死亡的危險。正常的氧氣含量應當在(zài)20.9%左右。氧(yǎng)氣(qì)檢測儀也是電(diàn)化學傳感器的一種。 目前在選擇(zé)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原因(yīn),我們在選用各類檢測儀時存(cún)在的問(wèn)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)的檢測。 2) 對可能(néng)引起急性中毒氣(qì)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爆(bào)炸事故的血的教訓,使人們對於(yú)可燃氣體檢測十分重視(shì),可以講,任何一個石(shí)化、化工廠,絕大多數的危(wēi)險氣體檢測儀都是LEL檢測(cè)儀。但僅配備LEL檢測儀(yí)對於真正保護工人的(de)安(ān)全和健康還(hái)是遠遠不(bú)夠的。
不可否認的是,大(dà)多數的揮發性危險氣體(tǐ)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(duì)所(suǒ)有(yǒu)的可燃氣體檢測都是(shì)最(zuì)佳選擇。它是專門為檢測甲烷設計的,而對其它物質的檢測性能比較差。所以,它們可以檢測出的除甲烷以外的可燃氣體的下限濃度要遠(yuǎn)遠高於它們的允許濃度。比如(rú):對於苯、氨氣等危險有毒氣體,單純(chún)使用(yòng)可燃氣(qì)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(shì)1.2%,它在LEL檢測儀上的校正係數是2.51,也就是說,苯(běn)在一個用甲烷標定的LEL檢(jiǎn)測儀上的顯示的濃度隻是其實際濃度(dù)的40%!!這樣,用LEL可以檢測到的苯的最低警報濃度是10%LEL=10%*1.2%*2.51=3.0*10-3,這個濃(nóng)度同苯的允許濃度5*10-6相比要高近600倍!!。同樣,氨在LEL檢(jiǎn)測(cè)儀上得到的警報(bào)濃度1.5*10-2也要比其允許濃度2.5*10-5高大約600倍。因(yīn)此根據所檢測氣體的不同,選擇特定有毒(dú)氣體檢測儀要比(bǐ)單純選擇LEL檢測儀更加安全可靠得多(duō)。
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(qíng)氫酸等的檢測較為重(chóng)視,但對於可以引起慢性中毒(dú)的氣體,比如芳香烴、醇(chún)類等的檢測重視不夠,其實後者對於工人健康和安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(qí)它的隱形病症,影響(xiǎng)工人(rén)的壽命和健康。這種(zhǒng)現象的出現,除了認識上的原因以外,以前(qián)市場上缺乏合適的、可以檢(jiǎn)測較低(dī)濃度的有機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(zhǎn)和人們健康認識的(de)提(tí)高,人們已經(jīng)不滿足於僅僅"高高興興上班來(lái),平平安安回(huí)家去",而是追求著更高的(de)生活質量和生活條件。人們不(bú)僅關心著今日的工作,更關心著明天----退休(xiū)以(yǐ)後的生活。因此在工業衛生和工業安全工作中(zhōng)要不斷地引入新觀念、新思路才能不僅(jǐn)要避免眼前的危(wēi)險發生,而更要注意避免日後悲劇的發生,所有這些(xiē),都需要通過法規製定和(hé)人(rén)們素質的提高得到(dào)不斷地改(gǎi)善和提高。我們將在下節內容中探討(tǎo)如何選擇和維護各類(lèi)有(yǒu)毒有害氣體傳感(gǎn)器(qì)。


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