电子耦合质谱仪（ECDI）是一种高度灵敏的质谱仪，用于检测和量化具有很低电离能化合物的痕量。与其他质谱技术不同，ECDI 利用低能量电子与分析物分子发生电子耦合反应来产生离子，从而提供极低的检测限（LOD）。自 1980 年代初引入以来，ECDI 已广泛应用于各种领域，包括环境监测、食品分析和医药研究。

原理

ECDI 的工作原理基于电子耦合反应。当低能量电子与分析物分子碰撞时，电子可能会与分子的最低未占据分子轨道（LUMO）相互作用，从而形成负离子。该负离子随后在质谱仪中检测并进行分析。ECDI 的灵敏度主要取决于分析物分子的电子亲和力和反应截面。

设计

ECDI 仪器通常由以下部件组成：

电子源：产生低能量电子，通常由热阴极或放电源产生。

反应室：发生电子耦合反应的区域，通常充满惰性气体，如氦气或氩气。

离子透镜：引导和聚焦离子，以改善灵敏度和分辨率。

质谱分析器：分离不同质量带电离子的设备，如四极杆、时间飞行（TOF）或离子阱。

检测器：测量离子信号，通常使用电子倍增器或法拉第杯。

电子管跨导是指栅极电压变化引起阳极电流变化的比值。其物理机制基于栅极控制电子从阴极到阳极的流动。当栅极电压增加时，更多的电子被吸引到阳极，导致阳极电流增加。这种栅极对阳极电流的影响反映了跨导。

电子开关柜的外壳由坚固的钢板制成，提供机械保护和免受环境影响。内部包含一系列关键组件，包括：

优点

ECDI 具有以下优点：

极低的检测限：可检测至飞摩尔级或皮摩尔级的化合物。

高灵敏度：对具有低电离能的化合物特别敏感。

无碎片化：在低能量电子下，ECDI 产生的碎片化较少，保留了分子结构信息。

快速响应时间：分析过程通常在毫秒时间范围内完成。

应用

ECDI 已广泛应用于以下领域：

环境监测：监测挥发性有机化合物（VOC）、多环芳烃（PAH）和卤代烃等环境污染物。

食品分析：检测食品中的残留农药、兽药和食品添加剂。

医药研究：表征药物代谢物、药物-蛋白质相互作用和生物标志物。

材料科学：研究聚合物、半导体和纳米材料的表面和界面特性。

选择性

ECDI 的选择性可以通过选择性反应气体的使用来提高。例如，使用氧气作为反应气体可以增强对含氧化合物的响应，而使用甲烷可以增强对含碳化合物的响应。

干扰

ECDI 可能受到水和其他极性分子的干扰，这些分子会与电子竞争并降低分析物分子的响应。可以通过使用水蒸气分离器或其他去除极性物质的方法来最小化干扰。

局限性

ECDI 的主要局限性在于其对具有较高电离能的化合物的灵敏度有限。ECDI 的动态范围通常较窄，限制了其在分析浓度范围广泛的样品中的应用。

ECDI 是一种强大的分析工具，用于检测和量化具有低电离能的痕量化合物。其极低的检测限、高灵敏度和无碎片化等优点使其在环境监测、食品分析和医药研究等领域具有广泛的应用。随着技术的不断进步，ECDI 有望在未来继续发挥重要的作用，为各个学科的科学发现提供宝贵的见解。