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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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1. Analyse organique et bio-organique structurale
Le spectre de masse peut fournir divers types d’informations structurales, principalement la masse moléculaire (et éventuellement une analyse élémentaire) et les pics caractéristiques de fonctions chimiques qui permettront de reconstruire la structure moléculaire. La présence et la forme de ces données dépendent largement de la méthode d’ionisation utilisée.
1.1 Masses moléculaires
En mode impact électronique, le pic moléculaire est théoriquement le pic de m /z le plus élevé. Il n’est pas rare toutefois qu’il soit absent du spectre de masse si l’ion moléculaire se fragmente aisément.
Les fragments neutres éliminés lors des fragmentations des ions moléculaires peuvent également aider à la détermination de la masse moléculaire. Ils doivent en effet correspondre à des entités dont l’élimination est vraisemblable : atomes d’hydrogène ou d’halogène, radicaux hydrocarbonés, molécules de CO, HCN, H 2O, alcène. Les pertes de 3 à 13 unités de masse sont pratiquement impossibles.
On notera qu’une molécule ne comportant que des atomes de carbone, d’oxygène et d’hydrogène possède nécessairement une masse paire. Il en est de même si, en outre, la molécule comporte un nombre pair d’atomes d’azote. Ce critère est utile à l’identification du pic moléculaire.
Les pics pseudo-moléculaires (correspondant à des molécules cationisées : MH +, MNa+… ; anionisées : MCl– … ; ou déprotonées : [M – H] –) apparaissent lorsque l’on utilise des méthodes d’ionisation « douces » : ionisation chimique, ionisation-désorption, ionisation- nébulisation. Ces pics se détachent généralement assez nettement et constituent même parfois l’élément essentiel du spectre.
HAUT DE PAGE1.2 Motifs isotopiques
La plupart des éléments possèdent plusieurs isotopes dont les abondances naturelles sont appréciables (tableau 1). Ces isotopes sont responsables de massifs de pics caractéristiques de la composition...
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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).
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(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.
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