Газ хроматографиясындағы атомдар мен молекулаларды анықтау құрылғысы
Electron capture detector
Электронды тұтқындау детекторы (ECD) газдағы атомдарды/молекулаларды анықтайды. Газ хроматографиясында қолданылады, аса сезімтал, радиоактивті Ni-63 пайдаланады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Газдағы атомдар мен молекулаларды анықтау құрылғысы.
Device for detecting atoms and molecules in a gas
Электронды тұтқындау детекторы (ЭТД) – электронды тұтқындау иондау арқылы электрондарды қосып, газдағы атомдар мен молекулаларды анықтауға арналған құрылғы. Бұл құрылғы 1957 жылы Джеймс Лавлокпен ойлап табылды және газ хроматографиясында үлгідегі химиялық қосылыстардың азаз мөлшерін анықтау үшін қолданылады.
An electron capture detector (ECD) is a device for detecting atoms and molecules in a gas through the attachment of electrons via electron capture ionization. The device was invented in 1957 by James Lovelock and is used in gas chromatography to detect trace amounts of chemical compounds in a sample.
Газ хроматограф детекторы
Электронды тұтқындау детекторы газ хроматографының шығыс ағынындағы галогенді қосылыстар сияқты электронды сіңіретін компоненттерді (жоғары электронегативтілік) анықтау үшін қолданылады. ЭКД детектор камерасы арқылы ағып жатқан түзету газымен бірге радиоактивті бета-бөлшекті (электрон) шығаратын құрылғыны пайдаланады. Электронды эмитер әдетте 10 милликюри (370 МБк) радионуклид Никель 63-ті қамтитын металл фольгадан тұрады. Әдетте азот түзету газы ретінде қолданылады, өйткені ол төмен қоздыру энергиясын көрсетеді, сондықтан азот молекуласынан электронды алып тастау оңай. Электронды эмитерден шыққан электрондар түзету газының молекулаларымен соқтығысып, көптеген еркін электрондарды тудырады. Электрондар оң зарядталған анодқа қарай үдетіледі, нәтижесінде ток пайда болады. Сондықтан хромотограммада әрқашан фондық сигнал болады. Үлгіні тасымалдаушы газ детекторға жеткізгенде, электрондарды сіңіретін аналит молекулалары электрондарды ұстап алып, коллектор аноды мен катод арасындағы токты азайтады. Концентрациялардың кең диапазонында электронды тұтқындау жылдамдығы аналит концентрациясына пропорционалды. ЭКД детекторлары галогендерге, органометалл қосылыстарына, нитрилдерге немесе нитро қосылыстарына ерекше сезімтал.
The electron capture detector is used for detecting electron absorbing components (high electronegativity) such as halogenated compounds in the output stream of a gas chromatograph. The ECD uses a radioactive beta particle (electron) emitter in conjunction with a so called makeup gas flowing through the detector chamber. The electron emitter typically consists of a metal foil holding 10 millicuries (370 MBq) of the radionuclide Nickel 63. Usually, nitrogen is used as makeup gas, because it exhibits a low excitation energy, so it is easy to remove an electron from a nitrogen molecule. The electrons emitted from the electron emitter collide with the molecules of the makeup gas, resulting in many more free electrons. The electrons are accelerated towards a positively charged anode, generating a current. There is therefore always a background signal present in the chromatogram. As the sample is carried into the detector by the carrier gas, electron absorbing analyte molecules capture electrons and thereby reduce the current between the collector anode and a cathode. Over a wide range of concentrations the rate of electron capture is proportional to the analyte concentration. ECD detectors are particularly sensitive to halogens, organometallic compounds, nitriles, or nitro compounds.
Жауап беру механизмі
Электронегативті аналиттер электрондарды ұстап алу арқылы анод пен катод арасындағы ток ағынының неліктен төмендейтіні бірден түсініксіз: аналиттің молекулалық теріс иондары ұсталған электрондармен бірдей зарядқа ие. Ток төмендеуінің себебін түсіну үшін зарядталған бөлшектер анод пен катодқа жиналғаннан басқа қайда бара алатынын сұрау қажет. Жауабы – теріс иондар немесе электрондар, анодқа және катодқа жиналмас бұрын, құрама газдың оң иондарымен бірігіп кетеді. Теріс және оң иондар электрондар мен оң иондарға қарағанда әлдеқайда жылдам бірігеді; осы жылдам бейтараптану токтың төмендеуіне себеп болады. Барлық заряд өндіру және жоғалту механизмдерін ескерген жылдамдық теңдеуін қарастырғанда, электронды ұстау детекторы аналитпен толық қаныққан кезде жиналатын ток нөлдік емес екені анықталады: ол аналит болмағанда жиналатын токтан екі есе аз. Лабораториялық хроматографтар үшін бұл теориялық нәтиже белгілі эксперименттік байқау болып табылады.
It is not immediately obvious why the capture of electrons by electronegative analytes reduces the current that flows between the anode and cathode: the molecular negative ions of the analyte carry the same charge as the electrons that were captured. The key to understanding why the current decreases is to ask where charged entities can go besides being collected at the anode and cathode. The answer is recombination of negative ions or electrons with the positive ions of the makeup gas before these charged entities can be collected at anode and cathode respectively. Negative and positive ions recombine much more rapidly than electrons and positive ions; it is this more rapid neutralization that is the origin of the observed decrease in current. Examination of the rate balance equation with all charge production and loss mechanisms considered reveals that the current collected when the electron capture detector is saturated with analyte is not zero: it is half the current collected when no analyte is present. To laboratory chromatographers this theoretical result is a well known experimental observation.
Сезімталдық
Анализ зерттелетін затқа байланысты, электронды тұтқындау детекторы (ЭТД) жалынды иондау детекторынан (FID) 10-1000 есе, ал жылу өткізгіштігі детекторынан (TCD) 1 миллион есе сезімтал болуы мүмкін. ЭТД-ның динамикалық диапазоны шектеулі және ол негізінен галогенді қосылыстарды талдау үшін қолданылады. Электронды тұтқындау детекторларының анықтау шегі секундына 5 фемтограмм (fg/s) құрайды және детектор көбінесе 10 000 есе сызықтық диапазонды көрсетеді. Бұл пестицидтер және ХФҚ сияқты галогенді қосылыстарды, тіпті бір триллиондық бөлігінде (ppt) анықтауға мүмкіндік берді, соның арқасында атмосфера мен ластаушы заттар туралы түсінігіміз революцияланды.
Depending on the analyte, an ECD can be 10 1000 times more sensitive than a flame ionization detector (FID), and one million times more sensitive than a thermal conductivity detector (TCD). An ECD has a limited dynamic range and finds its greatest application in analysis of halogenated compounds. The detection limit for electron capture detectors is 5 femtograms per second (fg/s) and the detector commonly exhibits a 10,000 fold linear range. This made it possible to detect halogenated compounds such as pesticides and CFCs, even at levels of only one part per trillion (ppt), thus revolutionizing our understanding of the atmosphere and pollutants.