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 billón hasta 10 000 partes por millón (ppm). El detector de fotoionización es un detector eficiente y económico para muchos analitos de gas y vapor. Los PID producen lecturas instantáneas, funcionan de forma continua y se utilizan habitualmente como detectores para cromatografía de gases o como instrumentos portátiles de mano. Las versiones portátiles que funcionan con batería se utilizan ampliamente en instalaciones militares, industriales y de trabajo confinado para la salud y la seguridad. Su uso principal es para controlar la posible exposición de los trabajadores a compuestos orgánicos volátiles (VOC), como disolventes, combustibles, desengrasantes, plásticos y sus precursores, fluidos de transferencia de calor, lubricantes, etc. durante los procesos de fabricación y la manipulación de residuos.
Los PID portátiles se utilizan para monitorizar:
En un detector de fotoionización, los fotones de alta energía , típicamente en el rango ultravioleta de vacío (VUV), rompen las moléculas en iones con carga positiva [2] . A medida que los compuestos ingresan al detector, son bombardeados por fotones UV de alta energía y se ionizan cuando absorben la luz UV, lo que resulta en la expulsión de electrones y la formación de iones con carga positiva. Los iones producen una corriente eléctrica , que es la salida de señal 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 de concentración digital. Los iones pueden sufrir numerosas reacciones, incluida 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 transportados por el aire se ionizan para empezar, por lo que el impacto práctico de esto (si ocurre) suele ser insignificante. Por lo tanto, los PID no son destructivos y pueden utilizarse antes que otros sensores en configuraciones de múltiples detectores.
El PID solo responderá a los 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 lo que tenga una energía de ionización menor o igual a la energía de los fotones 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 COV, que normalmente tienen energías de ionización inferiores a 12,0 eV. [4]
Las emisiones de fotones de la lámpara PID dependen del tipo de gas de relleno (que define la energía luminosa producida) y de la ventana de la lámpara, que afecta la energía de los fotones que pueden salir de la lámpara:
La lámpara de 10,6 eV es la más común porque tiene una salida potente, tiene la vida útil más larga y responde a muchos compuestos. En orden aproximado de más sensible a menos sensible, estos compuestos incluyen:
La primera aplicación comercial de la detección por fotoionización fue en 1973 como un instrumento portátil con el fin de 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 combina con una técnica cromatográfica o un tubo de pretratamiento como un tubo específico para benceno. Se pueden obtener cortes más amplios de selectividad 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 calibra generalmente utilizando 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 una sustancia química específica, la amplia selectividad del PID significa que el usuario debe conocer la identidad de la especie de gas o vapor que se va a medir con gran certeza. [4] Si se introduce un factor de corrección para el benceno en el instrumento, pero en su lugar se mide vapor de hexano, la respuesta relativa más baja del detector (factor de corrección más alto) para el hexano conduciría 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 anterior al PID, generalmente se evitan los efectos de matriz porque el analito ingresa al 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 las mezclas de componentes también es linealmente aditiva. [4] En las concentraciones más altas, la respuesta se desvía gradualmente de la linealidad debido a la recombinación de iones de carga opuesta formados en estrecha proximidad y/o 2) la absorción de luz UV sin ionización. [4] La señal producida por un PID puede atenuarse cuando se mide 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 provocar la producción de una corriente de iones. Esto reduce la cantidad de fotones energéticos disponibles para ionizar los analitos objetivo.