Детектор электронного захвата - Electron capture detector

Схема детектора электронного захвата для газового хроматографа с 63Ni источник.

An детектор электронного захвата (ECD) - устройство для обнаружения атомы и молекулы в газ через прикрепление электроны через ионизация с захватом электронов. Устройство было изобретено в 1957 г. Джеймс Лавлок[1][2][3][4] и используется в газовая хроматография для обнаружения следовых количеств химических соединений в образце.[5][6][7]

Детектор газовый хроматограф

Детектор электронного захвата, разработанный Джеймсом Лавлоком в Музей науки, Лондон
Детектор захвата электронов, Институт истории науки

Детектор электронного захвата используется для обнаружения компонентов, поглощающих электроны (высокая электроотрицательность ), такие как галогенированные соединения в выходном потоке газовый хроматограф. ECD использует радиоактивный бета-частица (Электронный) эмиттер в сочетании с так называемым подпиточным газом, протекающим через камеру детектора. Эмиттер электронов обычно состоит из металлической фольги, удерживающей 10 милликюри (370 млнБк ) из радионуклид 63
Ni
. Обычно, азот используется в качестве подпиточного газа, поскольку он имеет низкую энергию возбуждения, поэтому легко удалить электрон из молекулы азота. Электроны, испускаемые эмиттером электронов, сталкиваются с молекулами подпиточного газа, в результате чего появляется намного больше свободных электронов. Электроны ускоряются по направлению к положительно заряженному анод, генерируя Текущий. Поэтому всегда присутствует фоновый сигнал в хроматограмма. Поскольку образец переносится в детектор газ-носитель молекулы аналита, поглощающие электроны, захватывают электроны и тем самым уменьшают ток между анодом коллектора и катод. В широком диапазоне концентраций скорость захвата электронов пропорциональна концентрации аналита. Детекторы ECD особенно чувствительны к галогены, металлоорганические соединения, нитрилы, или же нитросоединения.

Механизм ответа

Не сразу очевидно, почему захват электронов электроотрицательными аналитами снижает 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, - это спросить, куда могут пойти заряженные сущности. Помимо собираются на аноде и катоде. Ответ заключается в рекомбинации отрицательных ионов или электронов с положительными ионами подпиточного газа до того, как эти заряженные частицы могут быть собраны на аноде и катоде соответственно. Отрицательные и положительные ионы рекомбинируют намного быстрее, чем электроны и положительные ионы; именно эта более быстрая нейтрализация является причиной наблюдаемого уменьшения тока. Исследование уравнения баланса скорости с учетом всех рассмотренных механизмов образования и потери заряда показывает, что ток, собираемый, когда детектор электронного захвата насыщен аналитом, не равен нулю: это половина тока, улавливаемого при отсутствии аналита. Для лабораторных хроматографов этот теоретический результат является хорошо известным экспериментальным наблюдением.[8]

Чувствительность

В зависимости от аналита, ECD может быть в 10-1000 раз более чувствительным, чем пламенно-ионизационный детектор (FID) и в миллион раз более чувствительный, чем детектор теплопроводности (TCD). ECD имеет ограниченное[требуется разъяснение ] динамический диапазон и находит наибольшее применение при анализе галогенированных соединений.[9] Предел обнаружения для детекторов захвата электронов составляет 5 фемтограмм в секунду (фг / с), а детектор обычно демонстрирует линейный диапазон в 10 000 раз.[нужна цитата ] Это позволило обнаружить галогенированные соединения, такие как пестициды и ХФУ, даже на уровне одной части на триллион (ppt ), таким образом революционизируя наше понимание атмосферы и загрязняющих веществ.

Рекомендации

  1. ^ Пирс, Фред (15 февраля 2017 г.). «Ретроспектива: как случайно спасти планету». Новый ученый (3113).
  2. ^ "Библиотечный и архивный каталог EC / 1974/16: Лавлок, Джеймс Эфраим". Лондон: Королевское общество. Архивировано из оригинал 10 апреля 2014 г.
  3. ^ Лавлок, Дж. Э. (1958). «Чувствительный детектор для газовой хроматографии». Журнал хроматографии А. 1: 35. Дои:10.1016 / S0021-9673 (00) 93398-3.
  4. ^ Лавлок, Дж. Э. (1974). «Детектор электронного захвата». Журнал хроматографии А. 99: 3. Дои:10.1016 / S0021-9673 (00) 90840-9.
  5. ^ Крейчи, М .; Дресслер, М. (1970). «Селективные детекторы в газовой хроматографии». Хроматографические обзоры. 13: 1. Дои:10.1016/0009-5907(70)80005-9.
  6. ^ Пеллиццари, Э. Д. (1974). «Детектирование электронного захвата в газовой хроматографии». Журнал хроматографии А. 98 (2): 323. Дои:10.1016 / S0021-9673 (00) 92077-6.
  7. ^ Лавлок, Дж. Э .; Maggs, R.J .; Уэйд, Р. Дж. (1973). «Галогенированные углеводороды в Атлантике и над Атлантикой». Природа. 241 (5386): 194. Bibcode:1973Натура.241..194Л. Дои:10.1038 / 241194a0.
  8. ^ Сигел, М.В., и Маккеун, М.К., Ионы и электроны в детекторе захвата электронов: количественное обнаружение с помощью масс-спектрометрии при атмосферном давлении. J. Chromatogr. 122 397 (1976).
  9. ^ Разные. «Консультативное заключение». Инновационная технология: анализ поля газовой хроматографией. Комитет по обзору технологий NEWMOA. Получено 2011-04-21.