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RÉSUMÉ
Cet article a pour objet la description de l’appareillage de la spectrométrie de masse. Cette technique analytique permet l’identification et le dosage d’un élément chimique, mais également l’analyse de la composition, de la structure et de la masse moléculaire de l’échantillon. La spectrométrie de masse permet en plus l’étude des ions en phase gazeuse. Sont détaillés les systèmes d’introduction de l’échantillon, les méthodes d’ionisation, avant de s’attarder sur les différents analyseurs qualifiés par leur résolution, leur précision sur la mesure d’une masse et la gamme de masse détectable. Pour compléter l’approche, les systèmes de détection et le traitement des données sont abordés.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Guy BOUCHOUX : Professeur à l’université Paris XI (Orsay) - École Polytechnique, DCMR, Palaiseau
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Michel SABLIER : Chargé de recherches au CNRS - École Polytechnique, DCMR, Palaiseau
INTRODUCTION
La spectrométrie de masse est une technique analytique qui permet d’identifier et de doser une substance ou un élément chimique. Elle apporte également des informations sur la composition, la structure et la masse moléculaire de l’échantillon. Enfin, le spectromètre de masse est un outil permettant d’étudier la chimie des ions en phase gazeuse sous ses divers aspects (cinétiques, énergétiques et mécanistiques).
Ce premier article s’attache essentiellement à la description de l’appareillage. Les principales méthodes d’ionisation actuelles, ou d’un passé récent, sont passées en revue. Le fonctionnement des divers analyseurs actuellement commercialisés est détaillé et leurs performances comparées. Cet article est complété par une présentation des systèmes de détection et de traitement des données. Un second article Spectrométrie de masse- Applications est consacré aux principales applications analytiques de la spectrométrie de masse.
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- Version courante de juil. 2017 par David RONDEAU
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1. Caractéristiques générales
1.1 Principes
Le principe de fonctionnement d’un spectromètre de masse repose sur l’action d’un champ électromagnétique sur une particule chargée. L’analyse par spectrométrie de masse nécessite par conséquent la formation initiale d’ions, à l’état gazeux, à partir de l’échantillon.
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Ionisation
Les techniques d’ionisation ont longtemps limité l’usage de la spectrométrie de masse aux composés gazeux ou volatils sans décomposition thermique (ionisation par bombardement électronique ou par ionisation chimique) et aux composés solides susceptibles d’être ionisés par bombardement ionique, par étincelle ou par thermo-ionisation.
Il existe désormais un large éventail de méthodes qui permettent d’ioniser des échantillons minéraux, organiques ou bio-organiques, quel que soit leur état physique : gazeux, liquide ou solide. Bien souvent, l’ionisation de l’échantillon est précédée d’une étape de séparation réalisée au moyen d’une technique chromatographique ou électrophorétique. La thermo-ionisation et les méthodes d’ionisation par décharges électriques sont utilisées en analyse isotopique et élémentaire. L’impact électronique et l’ionisation chimique sont des méthodes qui permettent d’ioniser les molécules organiques volatiles, ce qui correspond globalement à des masses moléculaires inférieures à 500 unités de masse atomique.
Depuis une vingtaine d’années, le domaine d’utilisation de la spectrométrie de masse s’est élargi aux composés biologiques et aux polymères grâce, en particulier, à la découverte de nouvelles techniques permettant de produire des ions à partir de molécules non volatiles et (ou) thermolabiles. Ces méthodes d’ionisation associées à des techniques de désorption (par exemple le MALDI : Matrix Assisted Laser Desorption Ionization) ou de nébulisation (par exemple l’ESI : ElectroSpray Ionization) permettent de former des ions à partir de substances minérales, organiques ou bio-organiques dont la masse moléculaire peut atteindre plusieurs centaines de milliers d’unités de masse atomique.
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Analyse
L’analyse des ions, c’est-à-dire leur séparation...
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