Photoionization detector(PID Detector)의 원리, 특징

특징

Photoionization Detector(PID Detector, PID 센서, 광이온화 측정기)는 가스 측정기의 일종이다. PID측정기는 휘발성 유기 화합물(VOC) 및 기타 가스 10 %에서 수 ppb까지 다양한 농도로 광범위하게 측정할 수 있다. 또한 PID Detector는 알칸(Alkane), 방향족 화합물(Aromatic chemical), 알콜(Alcohols), 알데하이드(Aldehyde)를 비롯한 다양한 유기물과 아민류, 암모니아, 황화수소류, 메르캅탄류, 브롬(Br) 및 요오드(I) 화합물 등 무기물 등 다양한 종류의 가스에 대해 범용적으로 사용될 수 있다. PID detector는 보유하고 있는 성능에 비해 상대적으로 상당히 저렴하며, 실시간 측정 능력이 매우 뛰어나고, 지속적 측정능력도 상당히 우수하다. 이와갈이 우수한 성능으로 인해 PID detector는 가스 크로마토그래피(GC)용 검출기 또는 휴대용 가스측정기기에 많이 사용된다. 또한 가정용, 산업용 공기청정기 센서로도 많이 사용된다.

 

PID Detector의 용도를 정리하면 다음과 같다.

산업 위생 및 안전관리용, 환경 오염 및 개선용, 폭발 및 화재와 같은 안전 관리용

클린룸 시설 유지보수, 가정의 실내 공기질 관리 등

 

원리

일반적으로 진공 자외선(VUV)에서 에너지가 높은 광자는 분자를 양전하를 띤 이온으로 분해한다. 검출대상인 화학물질이 PID Detector 내부에 들어가면 고에너지광자(일반적으로 UV)에 의해 충격을 받고 광에너지를 흡수하면서 이온화되어 전자가 방출되고 양전하를 띤 이온이 형성된다. 이와 같은 이온은 검출기의 신호 출력인 전류를 생성하게 된다. 검출하고자 하는 화학물질의 농도가 높을수록 더 많은 이온이 생성되고 전류도 더욱 커질 것이다. 전이와 같이 발생되는 전류를 증폭시켜 사람이 읽을 수 있도록 디스플레이 등으로 표시할 수 있게 된다.

그림. PID Detector의 구조 및 원리(출처 : www.wikipedia commons 출처 그림의 편집)

물론 이와 같이 Detector(센서)안에서 발생하는 이온들은 대기 중에 존재하는 산소 또는 수증기와의 반응이 발생할 수 있고, 따라서 이온화된 입자들의 일부는 검출기 내에서 전자를 다시 포착하여 원래 분자로 되돌아 갈 수 있다. 그러나 공기 중 분석물의 극히 일부만 이온화되기 때문에 이로 인한 실제 영향은 일반적으로 무시할 수 있다.

또한 PID Detector는 사용된 램프의 에너지 준위보다 낮은 물질만 반응하여 검출할 수 있다. 예를 들어 10.6 eV를 가지는 램프를 사용하는 PID Detector(센서)는 10.6 eV보다 높은 이온화 에너지를 가지는 가스 성분을 검출할 수 없다. 일반적으로 청정한 공기의 주요성분 및 미량성분의 대부분은 12.0 eV보다 높으므로 측정하고자 하는 오염물질을 제외하고 일반적인 대기에서 측정에 간섭을 주는 요소는 없는 편이다.

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PID Detector, Sensor에 사용되는 램프

PID Detector 혹은 PID Sensor에서 사용하는 램프의 에너지 준위와 램프의 충전가스 및 램프의 window(램프의 유리를 이루는 재질)는 아래 표(출처 : www.wikipedia.org)와 같으며 10.6 eV를 가지는 램프가 가장 많이 사용된다.

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