Fotojonisationsdetektor - PID

Details
Last Updated: Friday, 12 May 2023 14:01
Published: Sunday, 21 November 2021 14:39

Tillämpning
Tekniska principer
Kvalitetskritiska faktorer
Utvärdering av resultat
För- och nackdelar
Referenser

Tillämpning

Fotojonisationsdetektor (Photo Ionisation Detector), vanligtvis kallad PID, är idag det mest använda fältinstrumentet för att detektera förekomst av ett urval av flyktiga kolväten i gasfas. Instrumentet kan inte särskilja på specifika ämnen i gasfasen, utan resultatet visas som en viktad summa av alla joniserbara molekyler av joniserbara ämnen.

Instrumentet används för att uppskatta den totala mängden av flyktiga ämnen (VOC, volatile organic compounds) i både jord och porgas. Eftersom mätningen är snabb kan metoden t ex användas för att välja prover som ska analyseras på laboratorium eller ge en uppskattad bild av föroreningens utbredning. Ämnen med låg flyktighet som PAH och tyngre oljor kan inte påvisas med en PID.

Analys kan göras på extraherad porgas ur marken eller på luften ovan ett jordprov (headspacegas) i en påse eller burk med skyddsfilm för locket. Jordprovet skakas då om och därefter analyseras luften ovan provet genom att spetsen på PID-instrumentet sticks in i provkärlet.

För att få veta hur resultaten ska tolkas och erhålla halter av enskilda ämnen behöver PID-mätning alltid kompletteras med analys av jordprover på laboratorium.

PID

Figur 1. PID-analys på headspacegas ovanför ett jordprov (Scantec Nordic)

Tekniska principer

Instrumentet fungerar enligt följande:

  • En pump suger in och transporterar luften med ev VOC genom instrumentet.
  • Luften leds förbi en UV-lampa. Om lampans ljusstyrka överskrider joniseringsenergin för ämnena i luften så joniseras dessa (se tabell för ämnenas fotojoniseringspotential).
  • Den joniserade luften sugs förbi en detektor som mäter luftens ledningsförmåga.
  • Ledningsförmågan räknas om till den halt (ppm) av ett enskilt givet i instrumentet inställt ämne (ofta isobytulen) som behövs för att åstadkommera motsvarande ledningsförmåga  av det ämne som instrumentet kalibrerats för, ofta isobytulen, (men instrumentet har inte förmågan att veta vilket ämne det är som mäts).

Förutsatt att det finns mer än ett ämne i luften som lampan klarar av att jonisera och att förhållandet mellan ämnenas halter inte är känt, så klarar instrumentet inte av att avgöra hur mycket av de olika ämnena som finns i luften. Då en jon av olika ämnen dessutom ger upphov till olika ledningsförmåga, går det inte heller att säga hur mycket förorening som finns totalt. Exempel på ämnen som kan detekteras visas i Tabell 1. Detektorn reagerar inte för metan, svavelväte, syre, kväve eller koldioxid. Om PIDen förses med en UV-lampa med högre joniseringsenergi kan ytterligare ämnen detekteras, vid 11,7 eV kan till exempel metylenklorid och ättiksyra (etansyra) påvisas.

Med viss kännedom om föroreningar på platsen och medvetenhet om instrumentets begränsningar kan en PID vara ett bra verktyg för att avgränsa områden vid åtgärd eller för kompletterande labbanalyser.

PID tabell

Kvalitetskritiska faktorer

PID-resultatet är temperaturberoende och om möjligt bör ett projekts alla PID-analyser utföras vid ungefär samma temperatur, och detta bör dokumenteras i analysprotokollet.

Då olika ämnen avgår olika lätt till luften, och avgångsgraden dessutom är förorenings- och matrisberoende (kornstorleksfördelning, organisk- och fukthalt), är det svårt att bedöma halten förorening i jord. Ett PID-instrument bör därför endast användas som en indikator på om jorden är förorenad, men kan med hjälp av kompletterande laboratoriebanalyser av jord användas även för att till exempel avgränsa föroreningar i fält. Replikatanalys på laboratorie görs med fältreplikat. Analysreplikat kan ej användas då provet är "förbrukat" efter laboratorieanalys. 

Inför användning av en PID ska den kalibreras. Standardgaserna för detta är oftast vanlig luft och isobutylen. Då ingen av dessa kalibreringsgaser är en matris som motsvarar den som är av intresse att analysera, den är oftast fuktig och med andra föroreningar, kan detta ställa till med problem och laboratorieanalyser är därför ett viktigt komplement för att kvantifiera mängden och typen av föroreningar i aktuell matris. Faktorer som kan påvera påverka analysresultaten med PID-instrumentet är:

  • Att lampan i instrumentet är åldrad eller smutsig och därför inte klarar av att ge ifrån sig den energinivå och det energispektra som den ska.
  • Att instrumentets detektor är smutsig och blir fuktkänslig och därmed även ger utslag på fukten i proverna. Detta märks inte vid kalibreringen då kalibreringsgaserna brukar vara torra.
  • Att pumpen är sliten och, då filtret börjar sättas igen, ger ett kraftigt minskat flöde som riskerar att påverka mätresultatet

Det är viktigt att instrumentet sköts enligt tillverkarnas anvisningar inklusive service, lampbyte och rengöring. Ett enkelt sätt att kontrollera att instrumentet är rent är att analysera luften inuti en hårt knuten hand inomhus (den brukar avge lagom mycket fukt). Ger detta utslag så indikerar det att instrumentet behöver rengöras. Kontrollen utförs lämpligen inomhus före aktuell analysomgång och dokumenteras i analysprotokollet.

Det är viktigt att komma ihåg att hantering, rengöring, kalibrering m m av instrumentet kan variera för olika fabrikat. Kontrollera instrumentets manual för eventuella anpassningar av metodiken.

Utvärdering av resultat

För att bestämma hur PID-resultaten ska tolkas behöver resultaten ofta jämföras med resultat från vanliga laboratorieanalyser, särskilt när föroreningshalten i jord ska utvärderas. Eftersom själva analysen med PID av headspace på jordprover innebär att en del av föroreningen i gasfasen sugs bort/läcker ut bör labbanalysen av dessa göras med fältreplikat för att uppnå hög noggrannhet. Då instrumentet ger ett summasvar utifrån halten i luften, är korrelationen mot laboratorieanalysresultaten starkt beroende av respektive jordprovs:

  • Lättflyktiga föroreningar och deras haltförhållanden
  • jordmatris, (kornstorlek, fukthalt och organisk halt etc.).

Ju mer dessa varierar mellan proverna desto sämre korrelation kommer att erhållas. För en förorening från en enda föroreningskälla där jordmatrisen är relativt konstant och nedbrytningen skett relativt likartat, kan en god korrelation erhållas.

För och nackdelar

Fördelar:

  • Går snabbt att analysera porgas och jordprover.
  • Relativt billigt instrument.

Nackdelar:

  • Går ej att veta om ett lågt utslag beror på låg halt av lättflyktiga kolväten eller hög halt av kolväten med lägre flyktighet (ej ämnesspecifikt).
  • Känsligt för fukt om detektorn är smutsig.
  • Resultatet påverkas av temperaturen i provet

Lästips och referenser

SGF 2013 – Fälthandbok - Undersökningar av förorenade områden. SGF Rapport 2:2013
SGF 2017 - Dynamiska miljöundersöknings-metoder för förorenade områden -En översikt och metodbeskrivning. SGF Rapport 3:2017
SGF 2019 - Kvalitetskontroller för provtagning av förorenade områden - från provtagning till analys. Rapport :2019