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RÉSUMÉ
La spectrométrie de masse est une méthode analytique sensible et sélective, son applicabilité aux minéraux, matrices physiologiques, échantillons non organiques… sous forme liquide, solide ou gazeuse, et cela pour de très faibles volumes, la rende très attractive dans de nombreux domaines d’application (biologie, pharmacologie, pétrochimie, industrie agroalimentaire…).Très performante dans la détection de molécules et d’éléments à l’état de traces, la spectrométrie de masse est de plus en plus souvent couplée à une technique séparative. Cet article présente les trois principaux types d’analyse : organique et bio-organique, isotopique et élémentaire.
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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
D’un point de vue analytique, la spectrométrie de masse présente deux qualités essentielles : la sélectivité et la sensibilité. Un atout supplémentaire réside dans son applicabilité à toutes les catégories d’échantillons : minéraux, organiques, bio-organiques, quel que soit leur état physique : gazeux, liquide ou solide.
L’un des principaux avantages de la spectrométrie de masse est d’apporter des informations à partir d’une quantité infime d’échantillon (de l’ordre du picogramme). Le spectromètre de masse est par conséquent un outil particulièrement bien adapté à la détection de molécules ou d’éléments à l’état de traces. L’un des renseignements susceptibles d’être apportés par un spectromètre de masse est la masse moléculaire et, si les performances de l’instrument l’autorisent, la composition élémentaire de la molécule échantillon. Des informations sur sa structure moléculaire sont également déduites du spectre de masse après analyse des dissociations spontanées ou induites par collision se produisant soit dans la source d’ions soit durant le trajet des ions dans l’appareil. Dans ce domaine, l’apport de la spectrométrie de masse tandem, spatiale ou temporelle, est crucial. Enfin, un spectromètre de masse peut être considéré comme un détecteur à très haute sélectivité et être placé en aval d’une technique séparative : chromatographe en phase vapeur ou en phase liquide, chromatographe supercritique, électrophorèse capillaire.
Les domaines d’applications de tels couplages chromatographe/spectromètre de masse sont immenses puisqu’ils permettent l’identification des divers constituants d’un mélange, même dans des matrices aussi complexes que les milieux physiologiques ou les extraits naturels.
Actuellement, la spectrométrie de masse est utilisée dans des domaines aussi variés que la médecine, la biologie, la pharmacologie, l’industrie chimique, l’industrie agroalimentaire, la pétrochimie, l’archéologie, la géologie, le nucléaire, l’électronique, la science des matériaux et des surfaces, l’environnement, l’exploration spatiale…
Les principales applications analytiques de la spectrométrie de masse sont rassemblées dans cette seconde partie sous trois rubriques : analyse organique et bio-organique, analyse isotopique et analyse élémentaire.
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3. Analyse élémentaire
Cet aspect de la spectrométrie de masse concerne essentiellement des techniques utilisées sur des échantillons inorganiques. L’élaboration de nouveaux matériaux (métaux, verre, céramiques, composites…) et leur amélioration sont d’un intérêt soutenu dans des domaines extrêmement variés. Souvent l’addition de traces d’éléments permet de modifier leurs propriétés de façon notable. La spectrométrie de masse est certainement l’outil le plus performant pour l’analyse de la composition élémentaire de ces matériaux et de la répartition des différents éléments en surface ainsi qu’au sein du matériau.
Les difficultés inhérentes à la plupart de ces analyses sont de deux ordres :
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l’analyse quantitative est généralement très délicate par suite de la grande différence de réponse des différents éléments ; cela nécessite l’emploi d’étalons internes ou externes selon le cas. La méthode de dilution isotopique permet souvent d’améliorer notablement la précision.
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le problème des interférences est crucial pour la détection et le dosage d’éléments à l’état de traces ; différents ions de même masse entière et ne différant que de quelques millièmes voire dix millièmes et moins d’unité de masse atomique peuvent ne pas être séparés si le pouvoir de résolution du spectromètre n’est pas suffisant.
Les techniques d’ionisation et les analyseurs utilisés varient selon le type d’analyse. Les analyses élémentaires peuvent être effectuées sur différents types d’échantillons, solides ou solutions. Le choix dépend de la technique d’ionisation. On utilise par exemple les sources à plasma induit par haute fréquence (ICP) pour les solutions, les sources à étincelle ou à décharge continue pour les solides. Dans ce dernier cas, on peut soit déterminer la teneur moyenne des différents éléments, soit effectuer une analyse localisée d’un ou plusieurs éléments sur une surface par SIMS ou par désorption laser. Dans le cas des solutions, le dosage quantitatif d’un élément peut être réalisé à l’aide d’étalons externes ou internes par addition d’une quantité connue d’un élément. La méthode...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DEMAACK (F.), SABLIER (M.) - Couplages chromatographiques avec la spectrométrie de masse. - P 2 614 (1994).
-
(2) - BLAISE (G.) - Méthode de microanalyse des surfaces et couches minces. - P 3 795 ; P 3 796 (1990).
-
(3) - CHÉRON (J.M.), TROUVIN (J.H.) - Identification, dosage et pureté d’une protéine. - P 3 310 (1992).
-
(4) - MERMET (J.M.), POUSSEL (E.) - Couplage plasma induit par haute fréquence spectrométrie de masse. - P 2 720 (1992).
-
(5) - SCHERMAN (J.P.), VEDEL (M.) - Techniques de piégeage d’ions. - P 2 617 (en archives) (1992).
-
(6) - ELIOT (E.), LETOLLE (R.), ROTH (E.) - Analyses isotopiques. Applications. - P 3 740 (1993).
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1 Bases de données et sites internet
Le site du NIST rassemble de nombreuses données thermodynamiques d’ions et de molécules, des spectres de UV, visible, IR et des spectres de masses : webbook.nist.gov/chemistry
Société Française de Spectrométrie de Masse :American Society for Mass Spectrometry :International Mass Spectrometry Service : HAUT DE PAGE
Une liste de constructeurs selon le type de spectromètre est donnée dans le tableau 1.
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