7.4.2. Электрохимические детекторы

Благодаря высокой чувствительности и селективности, ЭХД особенно эффективен для анализа некоторых важных для биохимии и медицины соединений, таких как эстрогены и катехоламины, присутствующие обычно в малых концентрациях в тканях крови и других сложных объектах исследования. ЭХД применяют также для анализа загрязнений окружающей среды ввиду его высокой чувствительности и селективности к фенолам, бензидинам, нитросоединениям, ароматическим аминам и пестицидам.

Наибольшее применение ЭХД нашел в обращенно-фазовой и ионнообменной ВЭЖХ, в которой используют полярные элюенты. В нормально-фазовой ВЭЖХ иногда также можно применять ЭХД, если после разделительной колонки в неполярную подвижную фазу добавить электролит или подходящий растворитель с высокой диэлектрической проницаемостью.

Работа электрохимических детекторов основана на определении электрохимических свойств соединений в потоке элюента.

Вольтамперометрический детектор (ВАД) применяют для анализа широкого круга неорганических и органических веществ. Большинство неорганических ионов могут быть электрохимически окислены или восстановлены. Среди органических соединений электроактивными являются соединения с кратными связями, окисляемыми или восстанавливаемыми функциональными группами, ароматические и другие соединения.

Поскольку для каждого класса электроактивных соединений характерен определенный потенциал окисления или восстановления, этот потенциал и определяет селективность детектора. В детекторе имеется по крайней мере два электрода – рабочий и сравнительный, по отношению к которому устанавливается потенциал рабочего электрода. В качестве сравнительного чаще всего используют каломельный или хлорсеребряный электроды. В качестве материалов рабочих электродов используют ртуть, платину, золото, серебро, графит, угольную пасту и др.

Сигнал ВАД измеряется как ток при постоянном потенциале на электродах и зависит от гидродинамических условий работы рабочего электрода. Большинство твердых электродов имеет плоскую тонкослойную гидродинамическую систему или систему “стенка  сопло”, благодаря которым легче получить рабочий объем ячейки менее 1 мкл. Некоторые типы рабочих электродов ЭХД представлены на рис. 33.

Полярографический детектор (ПГД) для ВЭЖХ был предложен в 1958 г., однако его использование ограничено. ПГД измеряет силу электрического тока между поляризуемым ртутным капающим электродом и неполяризуемым электродом при заданной постоянной разности потенциалов. При работе в режиме восстановления из элюента необходимо удалить растворенный кислород и примеси, способные к восстановлению.

Рис. 33. Некоторые типы рабочих электродов электрохимического детектора:

а  сферический; б  плоский; в  цилиндрический; г  типа “стенка  сопло”; д  конический; 1  рабочий электрод; 2  ячейка; 3  поток элюента

Наиболее часто ПГД применяют в ионной ВЭЖХ и для определения нитроанилинов, нитрофенолов, хлорнитробензолов, нитроалканов, nметоксиазо- бензолов, N-нитрозоазоаминов, стероидов.

Кулонометрический детектор (КМД) назван так в связи с тем, что анализируемые вещества в нем электризуются полностью в отличие от ВАД, где эффективность электролиза менее 10 %.

В КМД применяют рабочие электроды с большой поверхностью. Для определения соединений с высокими окислительно – восстановительными потенциалами применен принцип двух последовательно расположенных рабочих электродов, один из которых (выше стоящий по ходу потока) является кулонометрической ячейкой для полного окисления примесных веществ с более низкими потенциалами, чем анализируемые соединения. Детектирование последних осуществляется вольтамперометрической ячейкой. Система ВАД  КМД позволяет провести селективное детектирование неразделенных пиков.

Преимуществами ЭХД являются простота конструкций, низкая стоимость, высокая чувствительность и селективность. ЭХД с малым рабочим объемом может быть применен в микроколоночной и капиллярной хроматографии, что особенно актуально в связи с их быстрым развитием. Преимуществом ЭХД является также малая зависимость показаний от температуры.

Недостатками ЭХД являются уменьшение чувствительности со временем в связи с изменением характеристик электродов, применение ртути в некоторых типах ЭХД, значительная зависимость сигнала от расхода элюента и ограниченное применение в ВЭЖХ с градиентным элюированием. Поэтому в классической двухколоночной ионной хроматографии предпочтение отдается детектору, основанному на измерении электрической проводимости раствора, выходящего из колонки.