Детектор электронного захвата ( ДЭЗ ) — это устройство для обнаружения атомов и молекул в газе посредством присоединения электронов посредством ионизации электронного захвата . Устройство было изобретено в 1957 году Джеймсом Лавлоком [1] [2] [3] [4] и используется в газовой хроматографии для обнаружения следовых количеств химических соединений в образце. [5] [6] [7]
.jpg/1280px-James_Lovelocks_Electron_capture_detector_for_a_gas_chromatograph,_1960._(9660569973).jpg)
Детектор захвата электронов используется для обнаружения поглощающих электроны компонентов (высокая электроотрицательность ), таких как галогенированные соединения в выходном потоке газового хроматографа . В ECD используется излучатель радиоактивных бета-частиц (электронов) в сочетании с так называемым подпиточным газом, протекающим через камеру детектора. Излучатель электронов обычно состоит из металлической фольги, содержащей 10 милликюри (370 МБк ) радионуклида 63Ни. Обычно в качестве подпиточного газа используется азот , поскольку он обладает низкой энергией возбуждения, поэтому из молекулы азота легко удалить электрон. Электроны, испускаемые из электронного эмиттера, сталкиваются с молекулами подпиточного газа, в результате чего образуется гораздо больше свободных электронов. Электроны ускоряются в направлении положительно заряженного анода , создавая ток . Поэтому на хроматограмме всегда присутствует фоновый сигнал . Когда образец переносится в детектор газом - носителем , поглощающие электроны молекулы аналита захватывают электроны и тем самым уменьшают ток между коллекторным анодом и катодом . В широком диапазоне концентраций скорость захвата электронов пропорциональна концентрации аналита. Детекторы ECD особенно чувствительны к галогенам , металлоорганическим соединениям , нитрилам или нитросоединениям .
Не сразу становится очевидным, почему захват электронов электроотрицательными аналитами уменьшает ток, протекающий между анодом и катодом: молекулярные отрицательные ионы аналита несут тот же заряд, что и захваченные электроны. Ключ к пониманию того, почему ток уменьшается, заключается в том, чтобы спросить, куда могут пойти заряженные объекты, помимо того, чтобы быть собранными на аноде и катоде. Ответ заключается в рекомбинации отрицательных ионов или электронов с положительными ионами подпиточного газа, прежде чем эти заряженные объекты смогут быть собраны на аноде и катоде соответственно. Отрицательные и положительные ионы рекомбинируют гораздо быстрее, чем электроны и положительные ионы; именно эта более быстрая нейтрализация является причиной наблюдаемого уменьшения тока. Изучение уравнения баланса скорости с учетом всех механизмов производства и потери заряда показывает, что ток, собранный, когда детектор захвата электронов насыщен аналитом, не равен нулю: он составляет половину тока, собранного при отсутствии аналита. Для лабораторных хроматографистов этот теоретический результат является хорошо известным экспериментальным наблюдением. [8]
В зависимости от аналита, ECD может быть в 10-1000 раз чувствительнее, чем пламенно-ионизационный детектор (FID), и в миллион раз чувствительнее, чем детектор теплопроводности (TCD). ECD имеет ограниченный [ требуется разъяснение ] динамический диапазон и находит наибольшее применение в анализе галогенированных соединений. [9] Предел обнаружения для детекторов электронного захвата составляет 5 фемтограмм в секунду (fg/s), и детектор обычно демонстрирует 10 000-кратный линейный диапазон. [ требуется цитата ] Это позволило обнаружить галогенированные соединения, такие как пестициды и CFC , даже на уровнях всего лишь одной части на триллион ( ppt ), тем самым революционизировав наше понимание атмосферы и загрязняющих веществ.