Couplages chromatographiques avec la spectrométrie de masse. III

Le couplage de la chromatographie en phase liquide à la spectrométrie de masse (LC-MS) n'a été étudié qu'à partir de 1974 en raison de difficultés techniques bien plus élevées que pour la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS), disponible en série sur les équipements commerciaux dès 1968 – voir Couplages chromatographiques avec la spectrométrie de masse. II [P 1 491]. Pendant une dizaine d'années, plusieurs dispositifs LC-MS très divers ont été proposés, mais, à partir de 1986, la mise au point de sources d'ionisation à pression atmosphérique pour la spectrométrie de masse a levé la plupart des obstacles au développement de la LC-MS.

Le couplage LC-MS offre actuellement l'un des outils d'analyse les plus puissants au service des chimistes et des biochimistes. Cette révolution technologique est intervenue au cours des années 1990 qui ont vu l'apparition d'appareils commerciaux fiables tirant profit des méthodes d'ionisation à pression atmosphérique (API-MS) découvertes par l'américain John Fenn au cours de la décennie précédente. L'attribution du prix Nobel de chimie 2002 à John Fenn, partagé avec le japonais Tanaka pour la découverte du MALDI, témoignait de cette percée.

Aujourd'hui, ce type de couplage est majoritaire dans les ventes d'appareils commerciaux et permet de s'attaquer avec succès aux problèmes analytiques les plus complexes, notamment en biologie analytique (par exemple, pour la caractérisation et le séquençage des protéines). Si, comme depuis les débuts des couplages LC-MS, les séparations en phase liquide sur colonnes de phases inverses sont les plus fréquemment mises en œuvre, de nombreuses autres techniques séparatives sont désormais directement couplées à la spectrométrie de masse, notamment celles opérant à l'aide de champs électriques élevés. En fait, les constructeurs désignent aujourd'hui par LC-MS un spectromètre de masse capable d'échantillonner des analytes en solution liquide – issu ou non d'une méthode séparative en ligne ou provenant d'un dispositif de préparation.

Les couplages LC-MS sont inclus comme chapitres majeurs dans tous les ouvrages récents de spectrométrie de masse  , quelques livres  , ainsi que le volume complet d'une encyclopédie récente  leur sont exclusivement consacrés. Plus de 15 000 publications au cours de la dernière décennie sont parues pour les seuls couplages de séparations en phase liquide aux trois principales sources d'ions pour la spectrométrie de masse disponibles commercialement – APCI, APPI, ESI. Les variantes et prototypes de laboratoire sont également innombrables.

En dépit de cette littérature scientifique pléthorique et des multiples domaines d'application, il n'y a encore aucune démarche rigoureuse qui permet de répondre à la question : quelle interface choisir pour analyser une classe de molécules données ? Il faudra le plus souvent les tester, optimiser de nombreux paramètres au cas par cas, avant de choisir la mieux appropriée. Beaucoup de phénomènes physico-chimiques mis en jeu au cours d'une analyse sont encore mal compris. Le couplage LC-MS reste donc une méthodologie complexe : il ne s'agit aucunement d'une méthode « presse-bouton ».

En conséquence, il n'a pas paru judicieux de présenter les couplages du point de vue des différentes méthodes séparatives, par ailleurs déjà traitées dans les Techniques de l'Ingénieur, mais du point de vue de la méthode d'ionisation pour la spectrométrie de masse qui accepte l'une ou l'autre de ces méthodes séparatives. Après un bref rappel des méthodes « historiques » dont certaines ont encore des liens de parenté avec les méthodes actuelles, on traitera des couplages qui mettent en œuvre des méthodes d'ionisation en phase gazeuse : ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI) et photoionisation à pression atmosphérique (APPI). La quatrième partie de cette série d'articles sur les couplages chromatographiques abordera les couplages aux méthodes d'ionisation en milieu liquide (électrospray ou ESI).