Un detector de captura de electrones ( ECD ) es un dispositivo para detectar átomos y moléculas en un gas mediante la unión de electrones mediante ionización por captura de electrones . El dispositivo fue inventado en 1957 por James Lovelock [1] [2] [3] [4] y se utiliza en cromatografía de gases para detectar trazas de compuestos químicos en una muestra. [5] [6] [7]
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El detector de captura de electrones se utiliza para detectar componentes que absorben electrones (alta electronegatividad ), como los compuestos halogenados, en la corriente de salida de un cromatógrafo de gases . El ECD utiliza un emisor de partículas beta radiactivas (electrones) junto con un llamado gas de reposición que fluye a través de la cámara del detector. El emisor de electrones generalmente consiste en una lámina metálica que contiene 10 milicurios (370 M Bq ) del radionúclido. 63Ni. Por lo general, se utiliza nitrógeno como gas de reposición, porque exhibe una energía de excitación baja, por lo que es fácil eliminar un electrón de una molécula de nitrógeno. Los electrones emitidos desde el emisor de electrones chocan con las moléculas del gas de reposición, lo que da como resultado muchos más electrones libres. Los electrones se aceleran hacia un ánodo cargado positivamente , generando una corriente . Por lo tanto, siempre hay una señal de fondo presente en el cromatograma . A medida que la muestra es transportada al detector por el gas portador , las moléculas de analito que absorben electrones capturan electrones y, por lo tanto, reducen la corriente entre el ánodo colector y un cátodo . En un amplio rango de concentraciones, la tasa de captura de electrones es proporcional a la concentración de analito. Los detectores ECD son particularmente sensibles a halógenos , compuestos organometálicos , nitrilos o compuestos nitro .
No resulta obvio de inmediato por qué la captura de electrones por analitos electronegativos reduce la corriente que fluye entre el ánodo y el cátodo: los iones negativos moleculares del analito tienen la misma carga que los electrones capturados. La clave para entender por qué disminuye la corriente es preguntar a dónde pueden ir las entidades cargadas además de ser recolectadas en el ánodo y el cátodo. La respuesta es la recombinación de iones negativos o electrones con los iones positivos del gas de reposición antes de que estas entidades cargadas puedan ser recolectadas en el ánodo y el cátodo respectivamente. Los iones negativos y positivos se recombinan mucho más rápidamente que los electrones y los iones positivos; es esta neutralización más rápida la que origina la disminución observada en la corriente. El examen de la ecuación de equilibrio de velocidad con todos los mecanismos de producción y pérdida de carga considerados revela que la corriente recolectada cuando el detector de captura de electrones está saturado con analito no es cero: es la mitad de la corriente recolectada cuando no hay analito presente. Para los cromatógrafos de laboratorio, este resultado teórico es una observación experimental bien conocida. [8]
Dependiendo del analito, un ECD puede ser de 10 a 1000 veces más sensible que un detector de ionización de llama (FID) y un millón de veces más sensible que un detector de conductividad térmica (TCD). Un ECD tiene un rango dinámico limitado [ aclaración necesaria ] y encuentra su mayor aplicación en el análisis de compuestos halogenados. [9] El límite de detección para detectores de captura de electrones es de 5 femtogramos por segundo (fg/s) y el detector comúnmente exhibe un rango lineal de 10,000 veces. [ cita requerida ] Esto hizo posible detectar compuestos halogenados como pesticidas y CFC , incluso a niveles de solo una parte por billón ( ppt ), revolucionando así nuestra comprensión de la atmósfera y los contaminantes.