Детектор электронного захвата (ДЭЗ)

Детекторы применямые в газовой хроматографии

Детектор – устройство, предназначенное для обнаружения в потоке газа-носителя анализируемых веществ по какому-либо физико-химическому свойству. Отклик осуществляется за счет преобразования свойств подвижной фазы в электрический сигнал.

Исходя из цели анализа и условий его проведения, следует выбирать такой детектор, характеристики которого соответствуют им в наибольшей степени. Критерии оценки детекторов общеприняты для всех систем детектирования; к ним относятся:

чувствительность;

диапазон линейности детектора;

быстродействие;

селективность.

Чувствительность отражает степень взаимодействия анализируемого вещества с детектором и определяет величину сигнала, соответствующего содержанию (концентрации и потоку) вещества в газе-носителе.

Линейный диапазон детектора – отношение максимальной концентрации вещества к минимальной (С_макс/С_мин) в потоке газа-носителя на выходе из колонки и сигналом детектора. В пределах диапазона линейности чувствительность детектора не зависит от концентрации.

Быстродействие (инерционность) – способность детектора быстро реагировать на резкое изменение концентрации вещества в потоке газа-носителя, проходящего через детектор. Искажение сигнала из-за инерционности проявляется сильнее при записи узких и высоких пиков, и практически отсутствуют при регистрации широких пиков. Инерционность является следствием ограниченной скорости физических или физико-химических процессов, определяющих механизм детектирования.

Селективность – характеристика, определяющая сигнал детектора по отношению к различным соединениям. Селективные детекторы имеют повышенную чувствительность (как правило, не меньше, чем на порядок) к некоторым классам или группам соединений. Например детектор электронного захвата (ДЭЗ) избирательно регистрирует галоген и азотсодержащие соединения, пламенно-фотометрический детектор ПФД – фосфор- и серосодержащие вещества.

Основные параметры детекторов приведены в таблице 6.1.

Детектор электронного захвата является наиболее часто используемым селективным газохроматографическим детектором. ДЭЗ применяется для определения соединений, обладающих большим сродством к электронам. Эти вещества захватывают свободные тепловые электроны в камере с радиоактивным источником с образованием стабильных ионов. Он успешно применяется для определения малых концентраций галоген-,азот- и кислородсодержащих веществ.

Система детектирования по захвату электронов включает: ионизационную камеру (ячейку детектора, рис. 6.5) и источник поляризующего напряжения (блок питания). В ячейке детектора газ-носитель под воздействием β-излучения источника ⁶³Ni ионизируется с образованием положительных ионов и свободных электронов:

N2 → N2^+ + e^−

(

6.10

)

Таблица

6.1

Характеристики ряда детекторов, используемых в газовой хроматографии

Детектор	Область применения	Селективность	Газ-носитель	Чувствительность	Линейный диапазон	Недостатки
ДЭЗ	Галоген-, азот- и кислородсодержащие соединения	Высокая	Ar + 10% CH4, N2, He	10^-12 − 10^-13 г	10 − 10^2	Работа с разбавл­ен­ными растворами; высокие тре­­б­о­вания к газу-но­сителю; зависим­ость от скорости газа-носителя и те­м­пературы.
ДИП	Органические соединения	Уни­версаль­ный	Не, Н2, N2	10^-10 г	10^6− 10^8	Особые условия ста­бильности и по­сто­янство потока г-н и воздуха; слабый отклик на соединения, насыщенные кислородом.
ДТП	Соединения различных классов	Универсальный	Не, N2	10^-6 – 10^-9 г	10^4	Чувствительность к тем­пературе; используется только для некорродирующих веществ

	Рисунок	6.5	– Схема детектора электронного захвата. 1 – Электроды (анод), 2 –

радиоактивный источник (катод ⁶³Ni)

При появлении в детекторе молекул анализируемого вещества (АВ), обладающего сродством к электрону, происходит захват электронов:

АВ + e^− → АВ^−

(

6.11

)

Подвижность массивных отрицательных ионов АВ⁻ на 4 − 5 порядков меньше подвижности электронов, что приводит в ДЭЗ к замене электорон-ионной рекомбинации на ион-ионную:

АВ^− + N2^+ → АВ + N2

(

6.12

)

Скорость образования заряженных частиц определяется величиной равной сумме скоростей процессов рекомбинации и сбора зарядов на электродах детектора. Последняя величина определяет ток, регистрируемый во внешней цепи детектора электрометром. При постоянном напряжении питания детектора ток, протекающий через него, в результате захвата электронов лектроноакцепторными веществами снижается, так как скорость рекомбинации возрастает.

Установлено, что использование в качестве газа-носителя азота и аргона предпочтительнее, однако можно применять и гелий, хотя чувствительность при этом, как правило, ниже. Именно в этих газах энергия электронов изменяется в широких пределах, что обеспечивает благоприятные условия для их захвата различными электроноакцепторными веществами. Природа газа-носителя влияет на чувствительность детектирования: во-первых, в разных газах при неизменных условиях хроматографирования различна энергия и подвижность электронов, а, следовательно, и вероятность захвата неодинакова. Во-вторых, в разных газах различна подвижность ионов, а, следовательно, и скорость процессов рекомбинации. В-третьих, радиоактивное излучение проникает в разных газах на различное расстояние, т.е. поглощение излучения и ионизация будут различны.

Существенным недостатком ДЭЗ, а значит и ДПР является малый диапазон зависимости сигнала от концентрации вообще и очень узкий диапазон линейности в частности. Ограничение диапазона сверху связано прежде всего с самим механизмом детектирования. Очевидно, что сигнал вообще перестает изменяться, когда в детектор вводится столько вещества, что оно способно связывать больше электронов, чем образуется в ионизационной камере под воздействием радиоактивного источника. Причем, чем большую чувствительность имеет детектор к веществу, тем меньше диапазон линейности.

Дата добавления: 2014-01-13