آشنایی و سنجش گازهای VOC

معرفی گازهای VOC (Volatile Organic Compounds)

گازهای فرار آلی (VOC) دسته‌ای از ترکیبات شیمیایی هستند که به راحتی در دما و فشارهای معمولی بخار می‌شوند. این گازها معمولاً شامل ترکیباتی مانند:

• بنزن
• تولوئن
• زایلن
• فرمالدهید
• استون

ترکیب شیمیایی آلی در دمای اتاق دارای فشار بخار بالایی هستند. این فشار بخار بالا که به دلیل پایین بودن نقطه جوش این مواد است موجب می‌شود که تعداد مولکولهای قابل توجهی از این مواد در اثر فرایند تبخیر یا تصعید به حالت گاز درآمده و در هوای اطراف منتشر شوند. به عنوان مثال می‌توان به فرمالدهید که دارای نقطه جوش ۱۹- درجه سلسیوس می‌باشد اشاره نمود. این ماده به آرامی از ترکیب رنگها جدا شده و در هوا منتشر می‌شود.

گازهای VOC می‌توانند از منابع مختلفی مانند رنگ‌ها، حلال‌ها، چسب‌ها و برخی مواد شیمیایی صنعتی آزاد شوند و به دلیل اثرات مضر بر سلامت انسان و محیط زیست، اهمیت زیادی دارند.

منابع تولید کننده گاز VOC

منابع تولیدکننده گازهای فرار آلی (VOC) می‌توانند به دسته‌های مختلفی تقسیم شوند. در زیر به برخی از منابع رایج تولید VOC اشاره شده است:

۱. صنایع شیمیایی

• تولید حلال‌ها: حلال‌های شیمیایی مانند استون، تولوئن و متیل اتیل کتون.
• ترکیبات شیمیایی صنعتی: تولید مواد شیمیایی مانند رنگ‌ها، پوشش‌ها و چسب‌ها.

۲. صنایع ساختمانی

• رنگ‌ها و پوشش‌ها: رنگ‌های روغنی و بر پایه حلال که در فرآیند نقاشی و پوشش‌دهی استفاده می‌شوند.
• چسب‌ها و سیلانت‌ها: محصولات چسبی و ضدآب که حاوی VOC هستند.
• محصولات چوبی دارای تخته سه لا : این تخته ها دارای گاز VOC هستند که معمولا گاز فرمالدئید می باشد.

۳. محصولات مصرفی

• عطرها و خوشبوکننده‌ها: بسیاری از عطرها و خوشبوکننده‌ها حاوی VOCs هستند. معمولا حاوی پارادی کلروبنزن می باشند.
• محصولات تمیزکننده: مواد شوینده و تمیزکننده‌های خانگی که حاوی ترکیبات شیمیایی فرار هستند.

۴. خودروسازی

• سوخت‌ها: بنزین و دیگر سوخت‌های فسیلی که می‌توانند حاوی VOC باشند.
• رنگ‌ها و پوشش‌ها: پوشش‌های بدنه خودرو که حاوی VOC می‌باشند.

۵. کشاورزی

• آفت‌کش‌ها و کودها: برخی از این محصولات می‌توانند حاوی VOC باشند.

۶. فعالیت‌های روزمره

• سیگار کشیدن: دود سیگار حاوی تعداد زیادی VOC است.
• استفاده از لوازم آرایشی: برخی از لوازم آرایشی و بهداشتی نیز ممکن است حاوی VOC باشند.

۷. پروژه‌های صنعتی

• فرآیندهای صنعتی: مانند تولید کاغذ، پلاستیک و دیگر مواد صنعتی که می‌توانند گازهای VOC را آزاد کنند.

۸. منابع طبیعی

• رایحه‌های طبیعی: برخی از گیاهان و درختان نیز می‌توانند VOCهایی مانند مونوترپن‌ها را آزاد کنند.

این منابع به طور کلی به انتشار VOC در محیط کمک می‌کنند و می‌توانند تأثیرات منفی بر سلامت انسان و کیفیت هوا داشته باشند.

عوارض VOC

قرار گرفتن در معرض گازهای فرار آلی (VOC) می‌تواند عوارض و اثرات منفی متعددی بر سلامت انسان داشته باشد. این عوارض می‌توانند به صورت کوتاه‌مدت و بلندمدت بروز کنند:

۱. عوارض کوتاه‌مدت

• تحریک سیستم تنفسی: عطسه، سرفه، و احساس تنگی نفس.
• تحریک چشم و پوست: سوزش، قرمزی و خارش چشم‌ها و پوست.
• سردرد: بروز سردردهای خفیف تا شدید.
• حالت تهوع و سرگیجه: احساس تهوع و سرگیجه.

۲. عوارض بلندمدت

• مشکلات تنفسی: بروز بیماری‌های مزمن تنفسی مانند آسم و برونشیت.
• اختلالات عصبی: تأثیر بر سیستم عصبی، که ممکن است منجر به مشکلات حافظه، توجه و تمرکز شود.
• سرطان: برخی از VOCها (مانند بنزن) به عنوان مواد سرطان‌زا شناخته شده‌اند و ممکن است خطر ابتلا به سرطان را افزایش دهند.
• مشکلات کبد و کلیه: قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض VOCها می‌تواند به آسیب به کبد و کلیه منجر شود.

۳. عوارض خاص

• تأثیر بر بارداری: برخی از VOCها ممکن است بر بارداری تأثیر منفی بگذارند و به مشکلاتی مانند نقص‌های مادرزادی منجر شوند.
• مشکلات قلبی: برخی تحقیقات نشان می‌دهند که قرار گرفتن در معرض VOCها می‌تواند به افزایش خطر بیماری‌های قلبی منجر شود.

۴. حساسیت افراد

• حساسیت‌های فردی: برخی افراد ممکن است به VOCها حساس‌تر باشند و عوارض شدیدتری را تجربه کنند.

۵. آلودگی هوا

• تأثیر بر کیفیت هوا: VOCها می‌توانند به تشکیل اوزون سطحی و دیگر آلودگی‌ها کمک کنند که به نوبه خود بر سلامت عمومی تأثیر منفی دارد.

توجه به این عوارض و تلاش برای کاهش قرار گرفتن در معرض VOCها از اهمیت بالایی برخوردار است، به ویژه در محیط‌های کاری و صنعتی.

در زیر جدولی از برخی از گازهای فرار آلی (VOC) به همراه فرمول شیمیایی آن‌ها آورده شده است:

این جدول شامل برخی از رایج‌ترین VOCs و فرمول‌های شیمیایی آن‌ها است. این ترکیبات معمولاً در صنایع مختلف و همچنین در محصولات روزمره مانند رنگ‌ها و حلال‌ها وجود دارند.

طبقه بندی آلاینده های آلی معدنی (اقتباس شده از WHO)

1. فرمالدئید: این گاز در محصولات چوبی مانند سه لا یافت تولید می شود که در مبلمان هم مورد استفاده قرار می گیرد. عایق فوم و دود تنباکو نیز دارای این ترکیب آلی است.
2. نفتالین: یک ماده معروف که برای از بین بردن بید کاربرد دارد.
3. پارادی کلروبنزن: این ماده در آفت کش ها، پاک کننده های توالت و خوشبوکننده های هوا یافت می شود.
4. کلروفرم: در آفت کش ها، شوینده های لباسشویی و ظرفشویی و به مقدار کمی در آب لوله کشی یافت می شود.
5. بنزن: بنزن در دود تنباکو، رنگ ها، محصولات چوبی، گازهای گلخانه ای ناشی از بنزین ذخیره شده یا دود خودرو یافت می شود.
6. استالدئید: در دود تنباکو، رنگ های مبتنی بر آب، کوره ها و شومینه ها می توانید این ماده را یافت کنید.

شاید ازن را یک گاز در فضای آزاد در نظر بگیرید اما ازن در خانه نیز یافت می شود و این گاز خطرناک می تواند توسط برخی وسایل مانند دستگاه های تصفیه کننده آب و دستگاه های بخور تولید شود.

سنسور PID

سنسور PID (Photoionization Detector) یک نوع سنسور است که برای تشخیص و اندازه‌گیری گازهای VOC به کار می‌رود. این سنسورها با استفاده از پرتو فرابنفش (UV) عمل می‌کنند. فرآیند کار سنسور PID به شرح زیر است:

1. ایجاد پرتو UV: سنسور یک لامپ UV دارد که پرتو فرابنفش تولید می‌کند.
2. یونیزه کردن گاز: وقتی گاز VOC به محیط سنسور وارد می‌شود، پرتو UV باعث یونیزه شدن مولکول‌های گاز می‌شود.
3. اندازه‌گیری جریان الکتریکی: یون‌های تولید شده در اثر یونیزاسیون، یک جریان الکتریکی ایجاد می‌کنند که به میزان غلظت گاز VOC بستگی دارد.
4. تبدیل به خوانش: این جریان الکتریکی به یک سیگنال قابل خواندن تبدیل می‌شود که می‌تواند غلظت گاز را نشان دهد.

دستگاه‌هایی که از سنسور PID استفاده می‌کنند

سنسورهای PID در انواع مختلفی از دستگاه‌ها به کار می‌روند، از جمله:

• دستگاه‌های اندازه‌گیری کیفیت هوا: برای شناسایی و اندازه‌گیری گازهای موجود در هوا.
• دستگاه‌های تشخیص نشتی: برای شناسایی نشتی گاز در صنایع مختلف.
• دستگاه‌های ایمنی صنعتی: برای پایش و کنترل محیط‌های کاری خطرناک.
• دستگاه‌های تحقیقاتی: در آزمایشگاه‌ها برای مطالعه ترکیبات شیمیایی.

این سنسورها به عنوان ابزاری حیاتی در کنترل آلودگی هوا و حفاظت از سلامت عمومی محسوب می‌شوند.

محدودیت‌های سنسور PID چیست؟

سنسورهای PID (Photoionization Detector) مزایای زیادی دارند، اما همچنین محدودیت‌هایی نیز دارند که باید در نظر گرفته شوند. این محدودیت‌ها شامل موارد زیر است:

۱. حساسیت به گازهای خاص

سنسورهای PID عمدتاً برای تشخیص گازهای فرار آلی (VOC) طراحی شده‌اند و ممکن است نسبت به برخی از گازهای دیگر، مانند گازهای غیرآلی یا گازهای سنگین، حساسیت کمتری داشته باشند.

۲. تأثیر دما و رطوبت

عملکرد سنسورهای PID می‌تواند تحت تأثیر دما و رطوبت محیط قرار گیرد. تغییرات در این شرایط ممکن است به نتایج نادرست یا ناپایدار منجر شود.

۳. محدوده اندازه‌گیری

این سنسورها معمولاً دارای محدوده اندازه‌گیری خاصی هستند و نمی‌توانند غلظت‌های بسیار بالا یا بسیار پایین را به دقت اندازه‌گیری کنند.

۴. کالیبراسیون مکرر

برای حفظ دقت و صحت اندازه‌گیری‌ها، سنسورهای PID نیاز به کالیبراسیون مکرر دارند. عدم کالیبراسیون مناسب می‌تواند به نتایج نادرست منجر شود.

۵. هزینه و نگهداری

این سنسورها ممکن است هزینه‌بر باشند و نیاز به نگهداری و تعمیرات دوره‌ای دارند که می‌تواند هزینه‌های اضافی را به همراه داشته باشد.

۶. انتخاب گازهای مرجع

در برخی موارد، انتخاب گاز مرجع برای کالیبراسیون می‌تواند تأثیر زیادی بر دقت اندازه‌گیری داشته باشد. سنسور ممکن است برای تشخیص ترکیبات خاصی دقیق‌تر باشد و برای دیگر ترکیبات کمتر دقیق عمل کند.

۷. اثرات تداخل

وجود ترکیبات دیگر در محیط می‌تواند بر عملکرد سنسور تأثیر بگذارد و باعث ایجاد تداخل در اندازه‌گیری‌ها شود.

این محدودیت‌ها مهم هستند و باید در هنگام استفاده از سنسورهای PID و تفسیر نتایج به آن‌ها توجه شود.

فرق سنسور های LEL و PID چیست؟

سنسورهای LEL (Lower Explosive Limit) و PID (Photoionization Detector) دو نوع سنسور هستند که برای تشخیص گازها و بخارات استفاده می‌شوند، اما تفاوت‌های اساسی در عملکرد و کاربردهای آن‌ها دارند:

۱. نوع گازهایی که تشخیص می‌دهند

• LEL: این سنسورها به طور خاص برای اندازه‌گیری غلظت گازهای قابل اشتعال طراحی شده‌اند. آن‌ها می‌توانند غلظت گازهایی مانند متان، پروپان و هیدروژن را در محدوده‌ای از غلظت‌ها که ممکن است منفجر شوند، شناسایی کنند.
• PID: این سنسورها برای شناسایی و اندازه‌گیری بخارات آلی و گازهای فرار (VOC) طراحی شده‌اند. آن‌ها می‌توانند ترکیبات مختلفی را شناسایی کنند، اما به طور خاص برای گازهای قابل اشتعال نیستند.

۲. روش کارکرد

• LEL: سنسورهای LEL معمولاً از روش‌های الکتروشیمیایی یا کاتالیستی برای تشخیص گازهای قابل اشتعال استفاده می‌کنند. آن‌ها تغییرات در مقاومت الکتریکی یا دما را برای شناسایی غلظت گازها اندازه‌گیری می‌کنند.
• PID: سنسورهای PID با استفاده از پرتو فرابنفش (UV) کار می‌کنند. این سنسورها با یونیزه کردن مولکول‌های گاز، جریان الکتریکی تولید می‌کنند که نشان‌دهنده غلظت گاز است.

۳. محدوده اندازه‌گیری

• LEL: این سنسورها معمولاً غلظت‌های پایین گازهای قابل اشتعال را در محدوده‌ای خاص (معمولاً ۰ تا ۱۰۰٪ LEL) اندازه‌گیری می‌کنند.
• PID: سنسورهای PID می‌توانند غلظت‌های بسیار پایین گازهای VOC (معمولاً در محدوده ppm) را اندازه‌گیری کنند و برای شناسایی آلاینده‌ها در محیط‌های صنعتی مناسب هستند.

۴. کاربردها

• LEL: بیشتر در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی و محیط‌های کاری خطرناک برای ایمنی کارکنان استفاده می‌شود.
• PID: در تحقیق، کنترل کیفیت، پایش آلودگی و تشخیص نشتی در صنایع مختلف به کار می‌روند.

۵. دقت و حساسیت

• LEL: حساسیت آن‌ها به گازهای قابل اشتعال بالاست، اما ممکن است در شناسایی گازهای غیرقابل اشتعال ضعیف‌تر عمل کنند.
• PID: این سنسورها دقیق‌تر و حساس‌تر برای شناسایی ترکیبات آلی فرار هستند، اما ممکن است نتوانند گازهای قابل اشتعال را به دقت اندازه‌گیری کنند.

این تفاوت‌ها به کاربران کمک می‌کند تا سنسور مناسب برای نیازهای خاص خود را انتخاب کنند.

دستگاه های گازسنجی برای گازهای آلی فرار VOC

برندهای BW, Dräger و MSA از جمله تولیدکنندگان معتبر سنسورهای PID هستند. در زیر مدل‌هایی از این برندها که دارای سنسور PID هستند، معرفی شده است:

۱. BW Technologies

• BW GasAlertMicro 5 PID: این مدل توانایی اندازه‌گیری گازهای VOC و سایر گازهای خطرناک طراحی شده است  که قبلا تولید می شد و الان از رده تولید خارج شده است.
• BW ULTRA : ین مدل توانایی اندازه‌گیری گازهای VOC و سایر گازهای خطرناک طراحی شده است  که قبلا تولید می شد و الان از رده تولید خارج شده است.

۲. Dräger

• Dräger X-am 8000: این دستگاه چندگانه می‌تواند با سنسور PID برای اندازه‌گیری VOC‌ها تجهیز شود و قابلیت اندازه‌گیری گازهای مختلف را دارد.
•  Dräger X-am 7000: این دستگاه چندگانه می‌تواند با سنسور PID برای اندازه‌گیری VOC‌ها تجهیز شود و قابلیت اندازه‌گیری گازهای مختلف را دارد.

۳. MSA

• MSA Altair 5X: این مدل می‌تواند با سنسور PID برای اندازه‌گیری گازهای VOC و دیگر گازهای خطرناک تجهیز شود و از قابلیت‌های پیشرفته‌ای برخوردار است.

این مدل‌ها به طور عمومی در صنایع مختلف برای پایش کیفیت هوا و ایمنی استفاده می‌شوند. برای انتخاب دقیق‌تر، بررسی مشخصات فنی و نیازهای خاص خود بسیار مهم است.