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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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2. Analyse isotopique
voir également l’article TI [6].
La détermination des abondances relatives des isotopes présents dans un échantillon est utilisée dans de nombreux domaines. Les petites variations locales de ces rapports isotopiques apportent en effet des renseignements précieux sur la nature et l’histoire de l’échantillon. L’analyse isotopique des éléments joue un rôle prépondérant dans toute l’industrie nucléaire, car on utilise très souvent des éléments enrichis en l’un des isotopes par suite de ses caractéristiques neutroniques (U, Pu, D, Li, B, etc.). L’étude de la composition isotopique d’autres éléments produits dans les réacteurs renseigne sur le fonctionnement de ceux-ci (gaz rares, Cs, Pu, etc.). L’utilisation de substances enrichies en un isotope particulier est également très fréquente dans le domaine biomédical, dans la détection et le suivi de métabolites. L’analyse isotopique est indispensable en géochronologie, en géochimie ou encore en climatologie. Il faut également mentionner l’utilité de l’analyse isotopique en chimie et en agronomie pour déterminer, par exemple, l’origine naturelle ou synthétique d’une molécule. Dans tous les cas, le spectromètre de masse reste l’outil idéal pour ce type de mesures.
Ces applications nécessitent des déterminations de rapport isotopique d’une très grande précision (10 – 2 voire 10 – 3 %). Pour obtenir cette précision sur la composition isotopique d’un élément, il est nécessaire d’utiliser un procédé d’ionisation :
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ne donnant pas (ou le moins possible) d’effet isotopique ;
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produisant des courants d’ions intenses et stables.
Le recours à des étalons, préparés par exemple par pesée et mélange d’isotopes séparés très purs, est indispensable pour les mesures absolues les plus précises.
2.1 Analyse isotopique des gaz
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Appareillage
On utilise presque exclusivement l’ionisation par impact électronique avec une intensité de courant d’électrons élevée (» 1 mA) de manière à produire des courants d’ions intenses. La pression dans la source d’ions peut influer sur le rapport isotopique et doit donc...
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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).
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(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.
HAUT DE PAGEHAUT DE PAGE
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