电子捕获检测器是一种选择性检测器,它仅对具有电负性的物质(指化合物分子或原子对电子有强的亲和力,而产生负离子的物质)有响应信号。物质的电负性愈强,检测器的灵敏度愈高。特别适用于分析多卤化物、多硫化物、多环芳烃、金属离子的有机螯合物,在农药、大气及水质污染检测中得到广泛的应用。
1.检测原理
电子捕获检测器中有一辐射低能量β射线的放射性同位素(氚(H3)-钛(Ti)源、氚(H3)-钪(Sc)源、镍(Ni63)源、金(Au)-钷(Pm147)源)作为负极,另有一不锈钢正极。在正、负极上施加直流电压或脉冲直流电压。当载气(氮气)通过检测器时,在放射源的β射线作用下会电离生成正离子(为分子离子)和低能量电子。
N2→(β)N2++e
由于正离子N2+向负极移动的速度比电子向正极移动的速度慢,因此正离子和电子之间的复合机率较小。在一定电压下,载气正离子全部被收集,就构成饱和离子流(约10(-8次方)安),即为检测器的基流。
当电负性的被测定样品进入检测器后,其可捕获低能量电子,而形成负离子。
AB+e→AB-+E
AB+e→A·+B-+E
反应式中A·为游离基,E为释放的能量。生成的负离子AB-或B-极易与载气的正离子N2+复合(比电子与正离子N2+的复合机率大10(5次方)~10(8次方)),结果就降低了检测器原有的基流,产生了样品的检测信号。由于被测样品捕获电子后降低了基流,所以产生的电讯号是负峰,负峰的大小与样品的浓度成正比。
2.检测器的结构
电子捕获检测器的结构应满足气密性好(防止β辐射线逸出)、绝缘性高(正、负电极间绝缘电阻要高)、死体积小(响应时间快)、便于拆卸(利于清洗放射源)的要求。常用的电极结构为平行板式(施加恒定直流电压)或圆筒状同轴电极式(施加脉冲直流电压)。两电极间用聚四氟乙烯绝缘。放射源安装在负极。正、负极间的距离要适当。其结构见示意图15-27。联接正、负电极的微电流放大器与氢火焰离子化检测器使用的相同。
3.操作条件
电子捕获检测器是具有高灵敏度的选择性检测器,其对操作条件的要求也较苛刻。
① 载气纯度及流速:电子捕获检测器常用超纯氮气或氩气(含5~10%甲烷)作载气,若载气纯度低,其含有的电负性物质(氧、水等),就会使基流大大降低,从而降低了测定的灵敏度。为保证高的基流,载气流速约为50~100毫升/分。而在气相色谱分析时为保证高柱效常在低流速(30~60毫升/分)下进行样品分析,因此,为保证高的基流,常需在色谱柱后通入“补加气”。
② 进样量:电子捕获检测器是依据基流减小获得检测信号。为获得高分离度,进样量必须选择适当,通常希望产生的峰高不超过基流的30%,当样品浓度大时,应适当稀释后再进样。
③ 检测器的烘烤时间:基流是影响电子捕获检测器灵敏度的重要因素,当色谱柱未老化好而有低沸物流出或固定液流出时,都会使检测器被沾污而降低基流。为确保基流不变,在使用之前,应在一定柱温和检测器温度下,长时间(24~120小时)通入高纯氮气烘烤检测器,烘烤温度应比使用的柱温高30~50℃。此外为了防止检测器被固定液流失沾污,应当使用耐高温固定液。
④ 检测器的使用温度:由所用放射源的最高使用温度所限制,对氚-钛源应低于150℃,对氚-钪源应低于325℃,对镍源应低于400℃。
⑤ 极化电压及电极间距离:电子捕获检测器中正、负电极间距离以4~10毫米为宜。对于直流供电和脉冲直流供电,其极化电压为5~60伏。当脉冲供电时,脉冲周期对基流大小和峰高响应影响很大,当脉冲周期增大时,基流减小、峰高响应增大。当脉冲周期减小时,基流增大,峰高响应减小,此时会扩大测量的线性范围。因此在测定中脉冲周期应仔细选择。