Wat is een waterstofsulfidesensor?
Een waterstofsulfidesensor (H2S) is een gassensor die volgens verschillende ontwerpspecificaties kan worden gebouwd voor het detecteren van niveaus van waterstofsulfide die tijdens industriële en biologische processen worden gecreëerd. Dergelijke sensoren zijn erg belangrijk in verschillende industrieën vanwege het feit dat waterstofsulfide een uiterst giftig gas is. De inhalatie van 500 tot 1000 delen per miljoen (ppm) per volume resulteert bijna altijd in onmiddellijke bewusteloosheid en de dood. Sommige waterstofsulfidesensoreenheden zijn noodcomponenten voor eenmalig gebruik, terwijl andere H2S-sensorontwerpen zijn gemaakt om het gas herhaaldelijk te detecteren en vele jaren mee te gaan.
Veel industrieën hebben behoefte aan de waterstofsulfidesensor, maar een van de meest voorkomende is de petrochemische industrie waar het een natuurlijk bijproduct is van de productie van ruwe olie en aardgas en gemeentelijke rioolwaterzuiveringsinstallaties. Gerelateerde gebieden die waterstofsulfide produceren, zijn visteelt of aquacultuur, de opslag van mest voor kunstmest en regio's waar vulkanische gassen of warmwaterbronnen bestaan. Raffinaderijen en cokesovenfabrieken die steenkool in cokes omzetten door deze in een zuurstofvrije omgeving te verwarmen, zijn ook locaties waar een detectiesysteem voor waterstofsulfidesensoren cruciaal is. Papierfabrieken, staalfabrieken en leerlooierijen produceren ook het gas en omdat het een natuurlijk bijproduct is van de afbraak van organisch materiaal door bacteriën, is het ook een potentieel gevaar in verschillende soorten voedselverwerkende fabrieken.
Het vermogen om op natuurlijke wijze gevaarlijke maar zeer lage niveaus van waterstofsulfide in de lucht te detecteren, kan om verschillende redenen moeilijk zijn. Een reden is dat het een kleurloos en transparant gas is dat zwaarder is dan lucht, waardoor het de neiging heeft zich op lage niveaus te vestigen in gebouwen waar het aanvankelijk onopgemerkt kan blijven. Hoewel het een rotte eiergeur heeft in lage concentraties, verandert de geur naar een zoete op hogere niveaus, die de zintuigen kan verwarren. Er zijn daarom verschillende methoden voor het detecteren van het gas in biologische monsters versus lucht- of waterconcentraties.
Een typisch ontwerp voor een draagbare sensor voor continu gebruik is gebaseerd op een micro-elektromechanische systeem (MEM's) brandstofcel die kan werken tussen -22 ° tot 122 ° Fahrenheit (-30 ° tot 50 ° Celsius) en maakt gebruik van het principe van elektrische weerstand. De MEMs-sensor is gebouwd op een metaaloxide-halfgeleider (MOS) materiaal van microscopische tinoxide- of goudmetaalfilms die reageren op veranderingen in elektrische weerstand wanneer waterstofsulfidegas ze passeert. Dergelijke sensoren hebben snelle responstijden en kunnen tot 25 delen per miljard (ppb) nauwkeurig zijn, maar vaker wel dan niet zijn ze ontworpen om alleen hogere niveaus van het gas te detecteren. Ze zijn echter goedkoop en worden vaak ingezet in ruwe klimaatomstandigheden, zoals bij olie- en gaswinning en boren.
Een waterstofsulfidesensor die is ontworpen om het gas in water en slib te detecteren, is ook gebaseerd op het principe van potentiometrie, of veranderingen in elektromotorische kracht in het water. Waterdetectoren kunnen gasniveaus meten van minder dan 0,3 ppb en worden vaak ingebouwd in standaard pH-meters die worden gebruikt in de rioolwaterzuiveringsindustrie. Ze vereisen echter frequente kalibratie om nauwkeurig te zijn, wat meestal eenmaal per maand wordt gepland. Er treedt een frequent driftsensorprobleem op met eenheden die nodig zijn om dergelijke fijne niveaus te meten, wat een indicatie is dat de weergegeven outputwaarde wordt verschoven ten opzichte van de werkelijke meetwaarde. In een waterstofsulfidesensor die in een vloeibare omgeving wordt gebruikt, is een driftbereik van ± 0,5 millivolt (mV) standaard, maar drift kan vaak tot 2 mV in een maand tijd in de uitlezingen bereiken.
Andere typen waterstofsulfidesensoren zijn ingebouwd in draagbare eenheden die worden gedragen door personeel van hulpdiensten die in staat zijn andere gevaarlijke gassen zoals koolmonoxide te detecteren. Vergelijkbare typen eenheden die in installaties worden geplaatst, zijn corrosie- en explosieveilig, wat twee eigenschappen van waterstofsulfidegas zijn. Ze zijn in staat om twee tot vijf jaar te werken met een zeer laag stroomverbruik en geen verslechtering van het continue detectievermogen na blootstelling aan het gas.
Het gevoeligheidsniveau en de reactietijden van minder dan een minuut zijn de afgelopen jaren verbeterd voor de waterstofsulfidesensor door materialen te integreren die op nanometerschaal zijn ontwikkeld. Dit ondersteunt nieuwe regelgeving in de VS vanaf 2010. De Amerikaanse conferentie van gouvernementele industriële hygiënisten (ACGIH) heeft aanvaardbare blootstellingsniveaus aan het gas verlaagd voor een gewogen gemiddelde van acht uur van 10 ppm tot 1 ppm en een kortetermijnblootstellingsniveau van 15 ppm tot 5 ppm.