Elektroneneinfangdetektor

Ein Elektroneneinfangdetektor ( ECD ) ist ein Gerät zum Nachweis von Atomen und Molekülen in einem Gas durch Anlagerung von Elektronen mittels Elektroneneinfangionisation . Das Gerät wurde 1957 von James Lovelock erfunden ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} und wird in der Gaschromatographie zum Nachweis von Spurenmengen chemischer Verbindungen in einer Probe eingesetzt . ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

Der Elektroneneinfangdetektor (ECD) dient zum Nachweis von elektronenabsorbierenden Komponenten (hohe Elektronegativität ), wie beispielsweise halogenierten Verbindungen, im Ausgabestrom eines Gaschromatographen . Der ECD verwendet einen radioaktiven Beta-Teilchen- (Elektronen-)Strahler in Verbindung mit einem sogenannten Zusatzgas, das durch die Detektorkammer strömt. Der Elektronenstrahler besteht typischerweise aus einer Metallfolie, die 10 Millicurie (370 M Bq ) des Radionuklids enthält.⁶³Ni . Stickstoff wird üblicherweiseals Trägergas verwendet, da er eine niedrige Anregungsenergie aufweist und sich daher leicht ein Elektron aus einem Stickstoffmolekül entfernen lässt. Die vom Elektronenemitter emittierten Elektronen kollidieren mit den Molekülen des Trägergases, wodurch zahlreiche weitere freie Elektronen entstehen. Diese Elektronen werden zu einer positiv geladenen Anode beschleunigt und erzeugen so einen Strom . Daher ist im Chromatogramm stets ein Hintergrundsignal vorhanden. Während die Probe vom Trägergas in den Detektor transportiert wird , fangen elektronenabsorbierende Analytmoleküle Elektronen ein und reduzieren dadurch den Strom zwischen der Kollektoranode und einer Kathode . Über einen weiten Konzentrationsbereich ist die Elektroneneinfangrate proportional zur Analytkonzentration. ECD-Detektoren sind besonders empfindlich gegenüber Halogenen , metallorganischen Verbindungen , Nitrilen und Nitroverbindungen .

Es ist nicht unmittelbar ersichtlich, warum die Aufnahme von Elektronen durch elektronegative Analyten den Stromfluss zwischen Anode und Kathode verringert: Die molekularen negativen Ionen des Analyten tragen dieselbe Ladung wie die aufgenommenen Elektronen. Der Schlüssel zum Verständnis der Stromabnahme liegt in der Frage, wohin geladene Teilchen gelangen können, außer an Anode und Kathode gesammelt zu werden. Die Antwort ist die Rekombination negativer Ionen oder Elektronen mit den positiven Ionen des Trägergases, bevor diese geladenen Teilchen an Anode bzw. Kathode gesammelt werden können. Negative und positive Ionen rekombinieren wesentlich schneller als Elektronen und positive Ionen; diese schnellere Neutralisation ist die Ursache für die beobachtete Stromabnahme. Die Untersuchung der Reaktionsgleichung unter Berücksichtigung aller Ladungserzeugungs- und -verlustmechanismen zeigt, dass der Strom, der bei Sättigung des Elektroneneinfangdetektors mit Analyt gemessen wird, nicht null ist: Er beträgt die Hälfte des Stroms, der ohne Analyt gemessen wird. Für Laborchromatographen ist dieses theoretische Ergebnis eine wohlbekannte experimentelle Beobachtung. ^{[ 8 ]}

Je nach Analyten kann ein Elektroneneinfangdetektor (ECD) 10- bis 1000-mal empfindlicher sein als ein Flammenionisationsdetektor (FID) und eine Million Mal empfindlicher als ein Wärmeleitfähigkeitsdetektor (TCD). ECDs haben einen begrenzten dynamischen Bereich und finden ihre größte Anwendung in der Analyse halogenierter Verbindungen. ^{[ 9 ]} Die Nachweisgrenze für Elektroneneinfangdetektoren liegt bei 5 Femtogramm pro Sekunde (fg/s), und der Detektor weist üblicherweise einen 10.000-fachen linearen Bereich auf. Dies ermöglichte den Nachweis halogenierter Verbindungen wie Pestizide und FCKW selbst in Konzentrationen von nur einem Teil pro Billion ( ppt ) und revolutionierte somit unser Verständnis der Atmosphäre und ihrer Schadstoffe.