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Article

1 - SITUATION ACTUELLE

2 - ARCHITECTURES DES COUPLAGES

3 - MÉTHODES CHROMATOGRAPHIQUES CONCERNÉES

  • 3.1 - Problèmes liés aux phases chromatographiques
  • 3.2 - Question d’un détecteur chromatographique auxiliaire

4 - CONDITIONS DE VIDE DANS LE SPECTROMÈTRE DE MASSE

5 - MÉTHODES D’IONISATION EN SPECTROMÉTRIE DE MASSE

  • 5.1 - Méthode d’ionisation dure : l’ionisation électronique (EI)
  • 5.2 - Méthodes d’ionisation douces (CI, APCI, ESI)

6 - ANALYSEURS DE MASSES

7 - DÉTECTEURS D’IONS

8 - INFORMATIQUE DE PILOTAGE ET DE DÉPOUILLEMENT DES DONNÉES

9 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : P1490 v1

Analyseurs de masses
Couplages chromatographiques avec la spectrométrie de masse. I

Auteur(s) : Patrick ARPINO

Date de publication : 10 sept. 2007

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RÉSUMÉ

La chromatographie est une méthode séparative des différents constituants d'un mélange. La coupler, après séparation, à une autre méthode d'investigation comme la spectrométrie de masse permet d'apporter une seconde dimension analytique. Cet article présente la multitude de méthodologies rapides et intégrées qui sont nées de ce couplage, et dont les caractéristiques instrumentales, les protocoles opératoires et les méthodes d'exploitation se sont grandement diversifiées ces dernières années.

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ABSTRACT

Chromatography is a separation technique used to separate the various components of a blend. Its coupling, after separation, with another investigation method such as mass spectrometry brings about a second analytical dimension. This article presents the multitude of rapid and integrated methodologies derived from this coupling, whose instrumental characteristics, operational protocols and exploitation methods have been largely diversified over the last few years.

Auteur(s)

  • Patrick ARPINO : Directeur de recherches, CNRS ENSCP (École Nationale Supérieure de Chimie de Paris) - Ancien Président de la Division de chimie analytique, Société Française de Chimie

INTRODUCTION

Pourquoi ?

Le principe même de la chromatographie est de séparer les constituants d’un mélange à analyser. La colonne chromatographique retarde sélectivement la progression des solutés qui, lorsque la séparation est réussie, débouchent en ordre successif à la sortie de la colonne.

L’instrumentation moderne est confrontée à des analyses de plus en plus complexes, liées au nombre important de constituants présents et aux quantités extrêmement faibles à détecter. En outre, ces analyses doivent être de plus en plus rapides et automatisables afin de livrer les résultats pour un très grand nombre d’échantillons.

Les exemples classiques de milieux complexes présentant ces caractéristiques sont les milieux biologiques en général, les coupes pétrolières, les huiles essentielles, les polluants atmosphériques. Il n’est pas rare de vouloir identifier et quantifier dans le mélange un seul produit, présent en traces représentant une partie par milliard (ppb) de l’échantillon total.

Les applications sont innombrables et touchent de larges secteurs économiques, tels le contrôle de qualité de produits industriels, la répression des fraudes, le contrôle antidopage, celui de l’environnement, ....

Comment ?

Si la chromatographie permet, à elle seule, de séparer correctement les différents constituants d’un mélange, il est néanmoins délicat de se livrer à une interprétation structurale permettant une identification certaine car les paramètres déduits de la rétention sélective des solutés, au travers de la colonne, sont souvent lourds à manier et, dans la plupart des cas, reliés de manière complexe et indirecte aux structures moléculaires organiques.

L’idée de coupler une autre méthode physique d’investigation, après séparation chromatographique, dans le but d’ajouter à la chromatographie une deuxième dimension analytique s’est concrétisée dès 1960 dans la combinaison entre la chromatographie en phase gazeuse et la spectrométrie de masse (GC-MS).

Le couplage entre la chromatographie en phase liquide et la spectrométrie de masse (LC-MS) n’a été étudié qu’à partir de 1974, en raison principalement de difficultés techniques bien plus élevées. La mise au point de sources d’ionisation à pression atmosphérique pour la spectrométrie de masse, à partir de 1986, a permis de lever la plupart des obstacles au développement de la LC-MS.

La recherche de méthodes d’analyse rapides permettant de traiter un nombre accru d’échantillons, ainsi que la nécessité parfois d’un contrôle continu en temps réel ont également poussé au développement de méthodologies rapides intégrées dans laquelle l’étape chromatographique est, soit accélérée, soit purement éliminée et remplacée par des procédés automatiques de manipulation d’échantillon.

Ces méthodes séparatives sont généralement associées à l’ensemble des méthodes chromatographiques et peuvent souvent être raccordées à la spectrométrie de masse.

Et demain ?

Cette explosion de méthodologies récentes rend plus difficile d’en exposer les caractéristiques dans un chapitre unique. Beaucoup de méthodes séparatives ont des caractéristiques instrumentales très différentes, tant du point de vue des appareillages que des substances chimiques manipulées.

La spectrométrie de masse s’est également diversifiée, en fonction des performances visées, en une multitude de technologies distinctes. Il n’est plus d’actualité de chercher à concevoir « l’interface » permettant de raccorder une méthode séparative particulière à un même spectromètre de masse.

Ce premier chapitre regroupe les caractères communs à beaucoup de méthodes couplées, observés essentiellement du point de vue de la spectrométrie de masse. Les chapitres suivants se focaliseront sur le couplage à une classe particulière de méthode séparative : GC-MS, LC-MS, SFC-MS, autres couplages.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-p1490


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6. Analyseurs de masses

Rappelons qu’il existe quatre technologies différentes pour trier, selon leur rapport m/z, les ions issus d’une source d’ions  :

  • l’analyseur magnétique (B) ;

  • l’analyseur quadripolaire (Q) ;

  • les trappes (T), selon deux variantes :

    • « trappe ionique de Paul » (trappe classique cubique ou, récemment, trappe linéaire, LTQ),

    • « trappe ionique de Penning », associée à une analyse par Transformée de Fourier (FT/MS)  ;

  • le temps de vol (TOF/MS).

Ces analyseurs sont combinables de multiples manières, en associant 2 analyseurs (MS-MS) ou plus (MSn), pour des performances et des sélectivités accrues. Les combinaisons incluent des assemblages d’analyseurs de même technologie (e.g. triple quadripôles) ou des panachages de techniques (BQQ, QQ/LTQ, etc.).

Pour plus de détails, voir par exemple dans ce traité l’article concernant la GC-MS-MS .

Chacun de ces analyseurs, simples ou combinés, a des caractéristiques intrinsèques particulières en terme de résolution, coût d’acquisition, vitesse de balayage d’une plage de masses, etc. et, en 2007, les constructeurs continuent de proposer l’ensemble de ces technologies, avec un raccordement possible à un ou plusieurs systèmes chromatographiques.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - GROSS (J.H.) -   Mass Spectrometry.  -  A textbook, Springer (2004).

  • (2) - BERTHOU (F.), DE GRAEVE (J.), PROST (D.), PROME (J.C.), ARPINO (P.) -   Méthodes chromatographiques couplées à la spectrométrie de masse.  -  Masson (1986).

  • (3) - ASHCROFT (A.E.) -   Ionization methods in organic mass spectrometry.  -  Royal Society of Chemistry Information Services, RSC Analytical Spectroscopy Monographs (1997).

  • (4) - WATSON (J.T.) -   Introduction to mass spectrometry.  -  3rd edition, Lippincott-Raven (1997).

  • (5) - COLE (R.B.) -   Electrospray ionization mass spectrometry : fundamentals, instrumentation, and applications.  -  John Wiley & sons (1997).

  • (6) - NIESSEN (W.M.A.) -   Liquid chromatography-mass spectrometry.  -  Chromatographic science series, vol. 97, CRC Taylor & Francis (2007).

  • ...

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