电子俘获检测器(ECD)的结构原理及检测方法(GC)
响应机理对ECD基流、响应规律的理论解释,通常用复合理论。但它无法解释压力对响应值的影响等规律,于是又出现了正空间电荷模型和负空间电荷理论。以下仅讨论复是理论。复合理论认为多种反应在ECD池内同时进行。首先是高能电子与载气分子的电离反应,形成基流Ib;然后是电负性组分的电子俘获反应,得到池电流Ie;最后是正、负离子复合成中性分子,排出池外。故其直接信号是(Ib-Ie)。1.? 电离反应β粒子是具有10keV能量的高能电子。它能与氮或氩载气分子(P)通过非弹性碰撞,使其电离成正离子(P+)、次级电子(e), 粒子本身消耗能量后变成热能电子(β*),同时释放能量(E):N2可按上式进行直接电离。但 Ar在β粒子轰击下,可形成亚稳态原子(Ar*)Ar*具有11.6eV的能量,且寿命较长。当能俘获电子的多原子组分(AB)进入,若其电离能低于11.6eV,Ar *即可将其电离成正离子和电子,使ECD池中的基流增加:
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因此,纯Ar作载气之ECD,其响应易出现异常。为此,通常要在Ar中加入5%-10%左右的甲烷(或二氧化碳)作猝灭剂(X),使Ar*一形成,就通过如下失活碰撞反应回到基态,防止异常:另外,加入甲烷还可降低高能β粒子和次级电子的能量,使之成为热电子(能量仅 0.02-0.05eV),十分易于被电负性组分俘获。所以Ar/CH4作载气的反应式为:2.? 电子俘获反应电负性组分进入ECD,俘获热电子,成为负离子有四种机理:机理Ⅰ为非离解反应,其特征是多原子分子俘获电子反应过程中,内能的变化(E)等于该组分的电子亲合势(EA)。芳烃、羰基化合物等的电子俘获反应属此类。机理Ⅱ为离解反应,负离子曲线的离解能很小,AB俘获电子后,经离解位能曲线立即离解。氯、溴、碘、烷基化合物的电子俘获反应属此类。机理Ⅲ、Ⅳ均是二步离解过程,它是在机理Ⅰ的基础上,如AB分子吸收的能量(E*)大于过程中内能的变化,E*>△E,即为机理Ⅲ。芳香族的氯、溴、碘化合物属此机理。如AB分子吸收的能量等于内能的变化,E*=△E,即为机理Ⅳ。乙酸酐、乙酸苄酯等属此机理。
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3.? 复合反应因负离子的质量比电子大几个数量级,故在电场作用下,其运动速度比电子慢得多。它与正离子的复合速率是电子与正离子复合速率的105~108倍。因此,负离子与正离子及游离基很易复合,形成中性分子。另外,还有电子与正离子及游离基的复合:
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(3)由于ECD是浓度型检测器,峰面积反比于通过检测器的气体流速。但ECD的峰高不同于典型的浓度型TCD。它随气体流速的增加而增大至最大值后,又随流速增加而下降。所以,在柱流速固定后,可通过调节尾吹气流速,使达最大响应。 总之,通过ECD池的气体流速对其性能的...
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(3)由于ECD是浓度型检测器,峰面积反比于通过检测器的气体流速。但ECD的峰高不同于典型的浓度型TCD。它随气体流速的增加而增大至最大值后,又随流速增加而下降。所以,在柱流速固定后,可通过调节尾吹气流速,使达最大响应。 总之,通过ECD池的气体流速对其性能的影响是复杂的,通常要对柱效、基流(或基频)和灵敏度三者兼顾,取一适中流速。不同型号仪器说明书中均有过ECD的最佳流速,可参照该推荐值,增、减约2%~4%的流速,以达到峰形变宽最小,灵敏度最高为最佳。对某些ECD有时仅变动1~2mL/min,即可达目的。在恒电流方式中,线性范围随气体流速增加而略有增大。二、色谱柱和柱温色谱柱和柱温的选择原则是:既要保证各组分完全分离,又要保持ECD池洁净,不受柱固定相污染。为此,应尽量选用低配比的耐高温或交联固定相;柱温尽量偏低。这样,在相同的柱温下,柱流失的绝对量比高配比、未交联固定相要少得多。同时,低配比柱达到相同分离度所需的柱温可降低,固定相流失又可进一步减少。尽量不要选用含多卤原子的固定相,如甲基三氟丙基聚硅氧烷(QF-1,OV-210)、聚三氟氯乙烯蜡(Kel Fwax)等。切忌用聚四氟乙烯管作连接管或色谱柱。它们均能使基流严重下降。通常要求接ECD的色谱柱,其最高使用温度比接其他气相色谱检测器要低50~140℃。在程升过程中,柱温的变化对ECD的灵敏度和基线应无明显影响,但可能由于柱温的变化引起载气流速的改变,产生较小的基线飘移。三、检测器温度由于ECD的响应明显受检测器温度的影响,因此,检测器的温度波动必须精密控制小于±(0.1~0.3)℃,以保证响应值的测量精度在1%以内。另外,在比较同一化合物的响应值或最小检出量时,注意温度应相同。不标明温度的比较是欠妥的。
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使用注意事项ECD 使用中最重要的是始终保持系统的洁净;有了污染要及时发现、及时排除;为使定量准确,要注意防止 ECD 过载;还要注意安全。1. 保持整个气路系统的洁净ECD 对杂质十分敏感,故使用中每一环节均要考虑是否带入污染杂质。外来杂质进入ECD 池,将...
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使用注意事项ECD 使用中最重要的是始终保持系统的洁净;有了污染要及时发现、及时排除;为使定量准确,要注意防止 ECD 过载;还要注意安全。1. 保持整个气路系统的洁净ECD 对杂质十分敏感,故使用中每一环节均要考虑是否带入污染杂质。外来杂质进入ECD 池,将出现两种异常:一是放射源表面污染,使放射源电离能力下降,从而使直流电压和恒频率方式 ECD 基流下降或恒电流方式中基频增高;二是杂质直接俘获 ECD 中的电子,使基流下降或基频增高。两者最终均导致灵敏度降低。具体的保洁措施是:(1)系统气密性好 通过气密性实验,确保从气源至检测器出口的整个气路系统气密性好,无空气漏入。(2)气体纯度高 载气及尾吹气均应用纯度大于99.99%之纯气,或大于 99.999%(以上的高纯气。(3)隔垫流失小 进样口隔垫应用耐高温垫。使用前,可放在柱恒温箱中于250℃下老化8~12h,甚至再用溶剂萃取,然后使用。(4)汽化室洁净 汽化室中玻璃棉及玻璃插管应定期更换。(5)柱流失小 色谱柱应在比实际使用温度至少高25℃的温度下充分老化,低柱温使用。(6)样品洁净 “脏样品”应作净化处理。溶剂应用二次蒸馏的烷烃、芳烃或一氯烃。(7)毛细管柱两端洁净 当汽化室或检测器温度高时,可能使毛细管柱外的聚酰亚胺涂层分解成挥发性组分进入 ECD 池,为此,可用低温火焰,如丁烷打火机将其烧掉,以保持柱两端洁净。(8)检测器温度高于柱温10℃以上。(9)保持吹扫气 暂时停机时,保持少量吹扫气通过 ECD。2. 检测器污染及其净化可据下迹象之一判断 ECD 可能污染:(1)直流和恒频率方式 ECD 基流下降或恒电流方式基频增高。如HP6890气相色谱仪ECD,设计值是100~600Hz基频为洁净;实际判断时,通常认为大于500Hz 即可能有污染;(2)噪声增大,信噪比下降;(3)基线漂移变大;(4)线性范围变小;(5)出负峰,通常是在大峰后有负峰。