Charged Aerosol Detection (CAD) dan Evaporative Light Scattering Detectors (ELSD) adalah detektor aerosol evaporatif yang mampu mendeteksi senyawa non-volatil dan semi-volatil tanpa kehadiran kromofor. Sehingga, mereka memiliki dasar operasional yang sama:
- Fase gerak yang mudah menguap dan aditif dengan residu yang minimal setelah penguapan.
- Aliran gas biasanya adalah nitrogen.
- Kolom yang stabil tanpa adanya kebocoran.
Walaupun secara fungsi sama, namun, cara pendeteksian keduanya berbeda. Detektor ELSD mengukur hamburan cahaya dan tidak bergantung pada muatan partikel. Sedangkan CAD, mengukur fluks partikel, ukuran muatan tergantung pada ukuran partikel.
Secara sensitivitas, CAD lebih baik dibandingan dengan ELSD. Kenapa?
- Dalam CAD, partikel memperoleh muatan melalui tumbukan dengan gas nitrogen terionisasi dan muatan tidak bergantung pada struktur kimia. Muatan pada partikel kemudian diukur menggunakan elektrometer yang sangat sensitif dan sinyal sebanding dengan ukuran partikel (massa analit). Semakin besar jumlah analit yang ada, semakin besar ukuran partikel dan semakin banyak muatan yang dibawa, yang sama dengan respons yang lebih tinggi.
- Sementara itu, cara sistem ELSD untuk menentukan jumlah analit yang ada yaitu dengan penghamburan cahaya oleh partikel aerosol kering. Seperti CAD, sinyal juga sebanding dengan ukuran partikel. Tapi, besarnya cahaya yang dihamburkan bervariasi secara eksponensial tergantung pada ukuran partikel, sehingga menghasilkan kurva respons sigmoidal yang kompleks.
Respons pada ELSD bergantung pada sedikit atau tidaknya sinyal yang diperoleh untuk partikel yang lebih kecil dan sifat antar-analit, seperti indeks bias, penyerapan cahaya, dan fluoresensi.
Perbedaan karakteristik sistem CAD dan ELSD terangkum dalam Tabel 1:
CAD Lebih Unggul dari ELSD, Berdasarkan Data Publikasi
- Limit deteksi CAD 10x lipat lebih baik daripada ELSD
Jurnal ini melaporkan hasil analisis deteksi Fritillaria thunbergia dengan membandingkan antara detektor CAD dan ELSD.
CAD 30-50x lebih sensitif dibandingkan ELSD, sehingga partikel lebih kecil (jumlah analit yang lebih sedikit) tidak dapat dideteksi oleh ELSD. Untuk ELSD, partikel harus cukup besar, diameter sekitar 50 nm, untuk menyebarkan cahaya secara efisien.
- CAD memiliki rentang dinamis yang lebih luas, 2x lebih besar dibanding ELSD
Dengan rentang dinamis yang luas, Anda dapat dengan mudah mengukur analit dalam sampel yang sama dengan rentang konsentrasi yang berbeda-beda, semuanya tanpa harus menganalisis ulang sampel pada rentang penguatan yang berbeda.
ELSD jauh berbeda karena photomultipliers atau fotodioda yang digunakan untuk mengukur hamburan cahaya memiliki rentang dinamis yang relatif kecil. Biasanya sekitar dua kali lipat, sehingga dibutuhkan teknik pemrosesan untuk mencoba dan memperluas rentang dinamis, yang tidak dibutuhkan oleh CAD.
- Respons CAD cukup linier pada sekitar dua orde, sehingga Anda dapat menggunakan model kalibrasi linier untuk banyak metode
Respons CAD adalah linier pada dua orde magnitude dan memiliki rentang dinamis empat orde magnitude. Sedangkan, respons ELSD umumnya linier hanya pada satu orde, dengan rentang dinamis dua orde. Akibatnya, sebagian besar analisis membutuhkan transformasi logaritmik sebelum kalibrasi linier. Hal ini menambah kerumitan yang tidak perlu, terutama untuk validasi metode dan penggunaan rutin di laboratorium.
Selain itu, rentang respons dapat dioptimalkan dengan CAD. Pada CAD, Anda dapat menggunakan power function value (PFV) untuk mengoptimalkan rentang respons yang cukup linear. Sebab, respons non-linear akan mempengaruhi bentuk peak dan rasio signal-to-noise. PFV juga memberikan perhitungan yang akurat dan sederhana untuk resolusi kromatografi dan batas deteksi.
- Respons CAD seragam dan tidak bergantung pada struktur kimia, yang mendukung kuantifikasi bebas standar.
Keseragaman respons (konsistensi) penting ketika mengukur analit yang standar kalibrasi individualnya tidak tersedia, seperti penemuan obat, analisis impurity, dan compound library management.
CAD lebih akurat dibandingkan dengan ELSD untuk kuantifikasi bebas standar karena dua alasan:
- Respons antar-analit di berbagai struktur kimia serupa
- Anda dapat menerapkan inverse gradien untuk mengkompensasi perubahan respons selama elusi gradien.
Sebaliknya, sifat fisikokimia dari analit Anda mungkin lebih berdampak pada respons ELSD daripada CAD. Sebagai contoh, sifat analit termasuk indeks bias, penyerapan cahaya, dan fluoresensi, semuanya lebih mempengaruhi respons ELSD.
- Bentuk kurva respons ELSD yang kompleks sering kali dapat menyebabkan keterbatasan dan ketidakakuratan.
Kurva respons untuk CAD dan ELSD cukup berlawanan (Gambar 1). Di seluruh full range, kurva respons ELSD menunjukkan perubahan dramatis pada derajat dan arah kelengkungan. Perubahan tajam ini sering dikaitkan dengan ketidaktepatan dan ketidakakuratan karena besarnya cahaya yang tersebar bervariasi secara eksponensial dengan ukuran partikel, sehingga menghasilkan kurva respons sigmoidal yang kompleks.

Hal ini dapat dijelaskan dengan mempertimbangkan sinyal yang diharapkan datang dari partikel aerosol yang lebih kecil, kurang dari sekitar 50 nm, yang mendominasi pada konsentrasi analit yang lebih rendah dan tepi peak kromatografi.
Untuk kisaran partikel ini, penurunan konsentrasi yang menyebabkan penurunan dua kali lipat pada diameter partikel yang seharusnya, secara teori, menghasilkan penurunan ~64 kali lipat dalam intensitas hamburan cahaya, sebanding dengan 106 untuk hamburan Rayleigh. Penurunan sensitivitas ini sering digambarkan sebagai hilangnya sinyal ELSD secara tiba-tiba atau penurunan yang dramatis.
Sedangkan pada CAD, penurunan diameter yang sama seharusnya hanya menghasilkan sekitar dua kali lipat penurunan muatan per partikel, sehingga menimbulkan hubungan yang jauh lebih sederhana dan lebih mendekati linier, dan banyak studi perbandingan langsung menunjukkan CAD memberikan presisi dan akurasi yang lebih baik daripada ELSD.
- ELSD bukanlah detektor linier dan “estimasi” LOD serta LOQ yang Anda peroleh dari standar tingkat tinggi tidak ada artinya.
Memperkirakan batas deteksi (LOD) dan batas kuantifikasi (LOQ) untuk detektor linier dengan ektrapolasi rasio signal-to-noise dari standar yang lebih tinggi menggunakan ELSD, sering kali menyesatkan.
Alasannya, adanya “penurunan” dramatis dalam respons ELSD untuk partikel yang lebih kecil. Sehingga, Anda harus menentukan LOQ dan LOD dengan analisis actual terhadap kadar analit yang semakin rendah.
Penilaian linearitas harus mencakup pemeriksaan yang lebih dekat terhadap akurasi atau pemulihan, terutama pada konsentrasi yang lebih rendah.
Sumber:
Long, Zhen, Guo, Zhimou, et al. 2016. A non-derivative method for the quantitative analysis of isosteroidal alkaloids from Fritillaria by high performance liquid chromatography combined with charged aerosol detection. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2016.01.027
Themofisher Blog. 5 Reasons to Use Charged Aerosol Detection (CAD). https://www.thermofisher.com/blog/analyteguru/five-reasons-to-use-charged-aerosol-detection-cad/
Shaodong, Jia, Won, Jun Lee, et al. 2009. Comparison of ultraviolet detection, evaporative light scattering detection and charged aerosol detection methods for liquid-chromatographic determination of anti-diabetic drugs. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2009.10.019
Wipf, Peter, Werner, Stefan, et al. 2006. HPLC determinations of enantiomeric ratios. https://doi.org/10.1002/chir.20331.