Elektroneneinfangdetektor (ECD)
Synonym
- Electron capture detector [engl.]
Definition
- Bezeichnung für einen primär in der Gaschromatographie
eingesetzten Detektor, dessen
Messprinzip auf Veränderungen seiner elektrischen Eigenschaften durch in
ihn eintretende geeignete Probenbestandteile beruht.
Bemerkungen
- Im Elektroneneinfangdetektor wird der zwischen zwei Elektroden fließende
Strom gemessen und seine Veränderungen ausgewertet.
- Die Kathode des Detektors wird durch einen β-Strahler
(z.B. 3H, 63Ni) gebildet, der Primärelektronen
aussendet.
- Diese Primärelektronen treffen nun auf den Trägergasstrom oder
Bestandteile der Probe. Dort löst die Kollision mit den Primärelektronen
entweder freie Sekundärelektronen aus, oder aber die Primärelektronen
werden eingefangen.
- Im (stickstoffhaltigen) Trägergasstrom findet praktisch ausschließlich
die Bildung von positiv geladenen N2-Molekülen und freien
Sekundärelektronen statt, die durch ein von außen angelegtes konstantes
elektrisches Feld zur Anode transportiert werden. Bei konstantem
Trägergasstrom ergibt sich somit ein konstanter Grundstrom
(Ionisationsgrundstrom) zwischen Kathode und Anode von einigen Nanoampere,
der detektiert wird.
- Treten nun Bestandteile der Probe mit hoher Elektronenaffinität in den
Detektor ein, so werden die vom β-Strahler
ausgesendeten Primärelektronen von diesen teilweise eingefangen. Da bei
diesem Einfangprozess keine freien Sekundärelektronen entstehen, kommen
weniger Elektronen an der Anode an. Der gemessene Stromfluss ist vermindert.
- Diese Verminderung des gemessenen Stroms stellt das Detektorsignal dar.
- Die Nachweisgrenze liegt
- bei geeigneten Proben - sehr niedrig, allerdings ist der lineare Bereich
des Detektors auch relativ gering, weshalb quantitative Bestimmungen mit
einem solchen "klassischen" ECD schwierig sein können.
Problematisch ist hier vor allem, dass die durch den Elektroneneinfang
gebildeten Anionen auch zur Anode gelangen können, was das gemessene
Ausmaß des Elektroneneinfangs natürlich verfälscht, da die Anode nicht
zwischen von einem Anion abgegebenen und freien Elektronen unterscheiden
kann.
- Moderne ECDs wandeln das beschriebene Verfahren ab und erreichen deutlich
größere lineare Bereiche:
- Das von außen angelegte konstante elektrische Feld des
"klassischen" ECD wird durch ein gepulstes Feld ersetzt.
- Während eines Pulses, der jeweils ca. 0,5 - 1 µs dauert, werden die
leichten freien Elektronen aus dem Detektorspalt zur Anode getrieben und
dort gemessen, während die schwereren und somit trägeren durch
Elektroneneinfang gebildeten molekularen Anionen ihre Position relativ
zur Anode kaum verändern und somit im Detektorspalt verbleiben.
- In modernen ECDs wird nun jedoch nicht der bei den Pulsen gemessene
Strom als Detektorsignal benutzt, sondern es wird vielmehr versucht
diesen Strom über die aufeinanderfolgenden Messpulse hinweg konstant zu
halten. Dazu wird die Frequenz mit der die Messpulse ausgesendet werden
verändert.
- Je mehr Elektronen eingefangen werden, desto häufiger müssen die
Pulse erfolgen. Die Probenkonzentration im Detektor wird also statt in
einen variablen Strom in eine variable Pulsfrequenz umgewandelt.
- Im Vergleich zum Flammenionisationsdetektor,
sind die mit Elektroneneinfangdetektoren erreichbaren Nachweisgrenzen, z.T.
deutlich niedriger. Die relativen Empfindlichkeiten schwanken zwischen etwa
1 und 106.
Ungefähre relative Empfindlichkeit eines ECD im Vergleich zu einem FID
| 1 |
| 10 |
| 100 |
| 1000 |
| 10000 |
| 100000 |
| 1000000 |
Anwendungsgebiete
- Der ECD wird vor allem in der Gaschromatographie
eingesetzt. Kopplungen an HPLC
oder Säulenchromatographie
sind prinzipiell möglich, allerdings ist der Aufwand erheblich größer, da
die Probe erst komplett in den gasförmigen Zustand überführt werden muss.
- Geeignete Proben für eine Detektion per Elektroneneinfangdetektor sind
vor allem Aldehyde, Nitroverbindungen und insbesondere halogenierte
Substanzen.
Geschichtliches
- Der Elektroneneinfangdetektor wurde 1957 von James E. Lovelock entwickelt.
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