Détecteur de capture d'électrons - Electron capture detector

Schéma d'un détecteur de capture d'électrons pour un chromatographe en phase gazeuse avec une source de 63 Ni .

Un détecteur de capture d'électrons ( ECD ) est un dispositif permettant de détecter des atomes et des molécules dans un gaz par l'attachement d' électrons par ionisation par capture d'électrons . L'appareil a été inventé en 1957 par James Lovelock et est utilisé en chromatographie en phase gazeuse pour détecter des traces de composés chimiques dans un échantillon.

Détecteur de chromatographe en phase gazeuse

Détecteur de capture d'électrons développé par James Lovelock au Science Museum de Londres
Détecteur à capture d'électrons, Science History Institute

Le détecteur de capture d'électrons est utilisé pour détecter les composants absorbant les électrons (haute électronégativité ) tels que les composés halogénés dans le flux de sortie d'un chromatographe en phase gazeuse . L'ECD utilise un émetteur de particules bêta (électrons) radioactives en conjonction avec un gaz dit d'appoint circulant à travers la chambre du détecteur. L'émetteur d'électrons consiste généralement en une feuille métallique contenant 10 millicuries (370 M Bq ) du radionucléide 63
Ni
. Habituellement, l' azote est utilisé comme gaz d'appoint, car il présente une faible énergie d'excitation, il est donc facile d'éliminer un électron d'une molécule d'azote. Les électrons émis par l'émetteur d'électrons entrent en collision avec les molécules du gaz d'appoint, ce qui entraîne beaucoup plus d'électrons libres. Les électrons sont accélérés vers une anode chargée positivement , générant un courant . Il y a donc toujours un signal de fond présent dans le chromatogramme . Lorsque l'échantillon est transporté dans le détecteur par le gaz porteur , les molécules d'analyte absorbant les électrons capturent les électrons et réduisent ainsi le courant entre l'anode de collecteur et une cathode . Sur une large gamme de concentrations, le taux de capture d'électrons est proportionnel à la concentration d'analyte. Les détecteurs ECD sont particulièrement sensibles aux halogènes , aux composés organométalliques , aux nitriles ou aux composés nitro .

Mécanisme de réponse

Il n'est pas immédiatement évident pourquoi la capture d'électrons par des analytes électronégatifs réduit le courant qui circule entre l'anode et la cathode: les ions moléculaires négatifs de l'analyte portent la même charge que les électrons qui ont été capturés. La clé pour comprendre pourquoi le courant diminue est de se demander où les entités chargées peuvent aller en plus d' être collectées à l'anode et à la cathode. La réponse est la recombinaison d'ions ou d'électrons négatifs avec les ions positifs du gaz d'appoint avant que ces entités chargées puissent être collectées respectivement à l'anode et à la cathode. Les ions négatifs et positifs se recombinent beaucoup plus rapidement que les électrons et les ions positifs; c'est cette neutralisation plus rapide qui est à l'origine de la diminution de courant observée. L'examen de l'équation d'équilibre des taux avec tous les mécanismes de production et de perte de charge considérés révèle que le courant collecté lorsque le détecteur de capture d'électrons est saturé d'analyte n'est pas nul: il est la moitié du courant collecté lorsqu'aucun analyte n'est présent. Pour les chromatographes de laboratoire, ce résultat théorique est une observation expérimentale bien connue.

Sensibilité

En fonction de l'analyte, un ECD peut être 10 à 1000 fois plus sensible qu'un détecteur à ionisation de flamme (FID) et un million de fois plus sensible qu'un détecteur de conductivité thermique (TCD). Un ECD a une plage dynamique limitée et trouve sa plus grande application dans l'analyse des composés halogénés. La limite de détection des détecteurs à capture d'électrons est de 5 femtogrammes par seconde (fg / s), et le détecteur présente généralement une plage linéaire de 10 000 fois. Cela a permis de détecter des composés halogénés tels que les pesticides et les CFC , même à des niveaux de seulement une partie par billion ( ppt ), révolutionnant ainsi notre compréhension de l'atmosphère et des polluants.

Les références