37. Детектор электронного захвата.

В основе функционирования детектора электронного захвата лежит то положение, что молекулы многих веществ способны реагировать со свободными электронами с образованием стабильных отрицательных молекулярных ионов.

Принципиальная схема детектора электронного захвата приведена на рис. 43.

Рис. 43. Схема детектора электронного захвата 1 катод; 2 радиоактивный источник; 3 молекулы газа-носителя; 4 положительные молекулярные ионы газа-носителя; 5 отрицательные молекулярные ионы определяемых соединений; 6 определяемые молекулы; 7 – свободные электроны; 8 анод; 9 подача газа-носителя; 10 зона ионизации молекул газа-носителя

Радиоактивный источник (2) испускает ^- - частицы, которые при столкновении с молекулами газа-носителя (как правило, азота) образуют свободные электроны и положительно заряженные молекулярные ионы

^- + N₂ N₂⁺ + e^-.

Под действием приложенного между электродами постоянного напряжения образовавшиеся в зоне ионизации свободные электроны движутся к аноду с очень высокой скоростью (порядка 10⁵ см/c), несмотря на встречное движение потока газа-носителя. При этом в системе возникает электрический ток, который усиливается и регистрируется измерителем малых токов.

Все процессы приводят к изменению концентрации заряженных частиц в камере детектора и будут оказывать влияние на величину тока в цепи.

Если создать такие условия работы детектора, при которых имеет место только образование отрицательно заряженных молекулярных ионов анализируемого соединения, то величина уменьшения ионизационного тока будет зависеть только от концентрации анализируемого соединения в камере детектора. Уменьшение величины ионизационного тока обусловлено тем, что скорость движения отрицательно заряженных молекулярных ионов в камере детектора гораздо меньше скорости движения свободных электронов и составляет величину порядка 110 см/c. Встречный поток газа-носителя эту скорость еще дополнительно уменьшает, а на катоде в этом случае собираются только свободные электроны, концентрация которых зависит от концентрации молекул анализируемого соединения в камере детектора.

Для сбора электронов в детекторе электронного захвата используется метод постоянного напряжения. Величина используемого напряжения может достигать 100 В.

Чувствительность электронно-захватного детектора зависит от вероятности захвата молекулой исследуемого соединения электронов, которая в свою очередь зависит от присутствия в молекуле какого-либо захватывающего электроны атома или от структуры молекулы.

Углерод и водород почти не имеют сродства к электронам, и углеводороды поэтому не захватывают свободных электронов. Исключение составляют высокомолекулярные ароматические соединения (антрацен), которые сильно захватывают электроны.

Кислород и галогены легко захватывают электроны. В ряду галогенов степень поглощения электронов возрастает в ряду

I>Br>Cl>F.

В табл. 11 приведены относительные коэффициенты захвата электронов некоторыми классами соединений.

Детектор электронного захвата применяют для анализа:

• токсичных соединений в воздухе;

• остаточных количеств пестицидов, гербицидов, инсектицидов и некоторых других соединений, вредных для человека, в крови, в пищевых продуктах, спиртных напитках, в биологии для анализа аминов, токсичных соединений, гормонов, канцерогенных веществ и метаболитов;

• для анализа летучих галогенсодержащих соединений в различных пробах;

• для анализа некоторых металлоорганических и неорганических соединений.

Следует отметить и основные недостатки детектора электронного захвата:

• чувствительность к изменению температуры;

• сравнительно невысокий верхний температурный предел использования;

• малая линейная область детектирования;

• возможность протекания следующих побочных процессов:

• возникновение пространственного заряда;

• возникновение контактных потенциалов;

• изменение энергии электронов в процессе детектирования, приводящих к искажению результатов анализа.

38. Термоионный детектор. Гелиевый детектор. Гелиевые детекторы, требуют радиоактивного источника повышенной ионизирующей способности.ГД обладает высокой чувствительностью к таким газам, как азот, водород, инертные газы. Чувствительность гелиевого детектора сильно зависит от чистоты гелия, так как любые незначительные примеси в нем создают значительный фоновый ток. Работа гелиевого детектора основывается на эффекте Пеннинга. В камере находится источник р-излучения. Электроны атома гелия ( газа-носителя) в результате столкновения с р-частицами переходят на более высокий энергетический уровень. Энергия возбуждения больше энергии ионизации молекул примеси, поэтому при столкновении возбуждаемых атомов гелия с этими молекулами происходит их ионизация. Величина ионизационного тока характеризует количество примесей. При работе гелиевого детектора существенное влияние на эффективность образования метастабильных атомов оказывают неупругие соударения электронов с атомами примеси, в том числе анализируемой, которые снижают среднюю энергию электронов. Основным недостатком гелиевого детектора, содержащего источник р-излучения, яв ляется необходимость тщательной очистки газа-носителя ( гелия) от примесей. Предложены различные способы очистки гелия, позволяющие доводить его чистоту до необходимых пределов, но установка по очистке гелия по стоимости иногда превосходит стоимость хроматографа. Кроме того, неоновый ионизационный детектор более стабилен в работе, а газ-носитель не нуждается в такой очистке, как гелий.Термоионный детектор ( ГИД) является модификацией ПИД, в котором для селективной ионизации в водородном пламени органических соединений, содержащих атомы азота и фосфора, используется таблетка или шарик из рубидиевого стекла. ТИД широко применяется при определении гербицидов, инсектицидов и фунгицидов. В АЭД выходящие из колонки вещества атомизируются и возбужденные атомы излучают свег, интенсивность которого измеряется в фотодиодной матрице. Поскольку каждый химический элемент имеет свой спектр эмиссии, то обеспечивается исключительно высокая селективность аналитического сигнала.

Термоионный детектор представляет собой модификацию пламенно-ионизационного детектора, у которого на горелку надета таблетка из соли щелочного металла.Термоионный детектор проявляет довольно высокую чувствительность и селективность определения соединений фосфора, азота, мышьяка, галогенов ( кроме фтора), олова и серы. Термоионный детектор почти не имеет конкурентов при обнаружении в воздухе следовых количеств циановодородной кислоты и ее производных, селективном детектировании алифатических и ароматических аминов и определении очень низких содержаний N-нитрозаминов, обладающих выраженной канцерогенной активностью.