Caractérisation des polymères par couplage CG/SM

La spectrométrie de masse (SM) est un outil employé dans l’analyse d’un grand nombre de types d’échantillons. Sa haute sensibilité, associée à la fois à une bonne sélectivité et à une bonne spécificité, en a fait, au cours des trente dernières années, une technique d’analyse extrêmement puissante pour la caractérisation structurale des molécules organiques.

Les composés analysés par cette technique vont des petites molécules organiques jusqu’aux macromolécules. L’inconvénient, dans le cas de ces derniers échantillons, réside dans la méthode qui sera employée pour leur introduction dans le spectromètre de masse. Le rôle et le choix de la technique d’introduction des échantillons étant essentiels pour l’analyse des polymères par chromatographie gazeuse couplée à la SM, cet article traite principalement de ce choix et de l’utilisation des techniques associées.

Dans la plupart des cas, la SM nécessite une vaporisation des molécules dans leur forme initiale pour une acquisition d’un spectre de masse représentatif de la molécule à analyser. Cela pose un problème crucial, les polymères se dégradant thermiquement avant leur vaporisation. Malgré cette limitation et la complexité des spectres de masse obtenus, la SM joue un rôle important pour l’analyse structurale des polymères. À partir de techniques d’introduction spécifiques bien contrôlées comme l’analyse thermogravimétrique (ATG), la pyrolyse (PY), l’identification des produits d’extraction solide/liquide..., la structure des polymères peut être correctement identifiée par cette méthode.

Actuellement, même si d’autres techniques comme la SM couplée à des méthodes de séparation par chromatographie en phase liquide se développent, d’autres problèmes se posent quant à l’utilisation de ces techniques, comme l’interfaçage entre les différents appareillages par exemple, et nécessitent de développer de nouvelles bases de données pour la détermination des structures des molécules organiques. Ces nouvelles techniques d’analyse seront surtout employées pour l’analyse des biopolymères, qui sont très sensibles à une élévation de température. L’analyse de ces biopolymères ne sera pas abordée dans cet article, où l’on se limitera à l’analyse des polymères élastomériques, thermoplastiques ou thermodurcissables.

Dans cet article, nous décrivons les avantages retirés de l’association de la chromatographie en phase gazeuse (CG) et de la détection par spectrométrie de masse dans l’analyse et la caractérisation des polymères, en détaillant les techniques d’introduction des polymères de manière à pouvoir remonter à leur identification et à leur structure.

Après avoir décrit, dans un premier temps, les différentes techniques possibles d’introduction d’un polymère dans un spectromètre de masse, nous abordons les différentes méthodologies utilisables pour caractériser les constituants de base des polymères, puis celles utilisables pour identifier leur structure après mise en œuvre, en essayant de remonter aux mécanismes de polymérisation qui ont pu intervenir. Enfin, dans une dernière partie, nous nous intéressons aux possibilités offertes par cette technique pour caractériser le vieillissement des matériaux et pour identifier les produits formés au cours de leur dégradation de manière à pouvoir déterminer les points faibles de la structure.