GC/MS - Master CHIMIE

Analyse par Chromatographie en phase gazeuse couplée à la
spectrométrie de masse (GC/MS) d'huiles essentielles
Dubois Lucie - Pourquet Virginie
Master 2 Professionnel "Chimie Analytique et Instrumentation"
Objectifs
Promotion 2006
Démarche expérimentale
¾ Préparation de l’échantillon d’huiles essentielles :
Les huiles essentielles sont très utilisées dans l’industrie des cosmétiques ou de la parfumerie.
Deux huiles essentielles issues du citron et de la mandarine sont analysées par GC-MS.
1 → 10mL
Peser environ 30 mg
d’huiles essentielles (≈ 1 goutte)
- Analyse qualitative des arômes contenus dans ces huiles
- Analyse quantitative par étalonnage externe de l’arôme prédominant dans les agrumes: le limonène
Solution mère
6 mg/mL
5mL Hexane
Solution diluée
1/10
¾ Gamme d’étalonnage utilisée : à partir d’une solution mère de limonène à 1000 μg/ml
Principe du couplage GCGC-EIEI-MS
200, 300, 400, 500 et 600 μg/ml dans l’hexane
¾ Paramètres GC-MS :
Four
Température d’injection
Température de l’interface
Température initiale
Montée en température
Température finale
Principe du couplage GC-EI-MS
SPECTROMETRIE
DE MASSE
MASSE
SPECTOMETRIE DE
250°C
250°C
70°C
20°C/min
250°C
Colonne
GC
Caractéristiques : Elite 5MS 30mx0.25mmx0.25μm (95%diméthyl / 5%phénylpolysiloxane)
Gaz vecteur : hélium
Débit : 1 ml/min
Split : 20
Spectromètre de masse
Scan m/z : 30 à 350
Délai d’allumage du filament : 3min
Energie de collision : 70 eV
source
électronique
Volume d’injection : 1 µL
Figure 1: Schéma de montage d’un appareil GC-EI-MS
Résultats
La CPG permet de séparer des mélanges de composés volatiles ou susceptibles d’être vaporisés par suite
d’équilibres entre une phase gazeuse mobile et une phase stationnaire.
¾ Analyse qualitative
Les solutions d’huiles essentielles de citron et mandarine ont été analysées par GC-MS
¾ Chromatographie en phase gazeuse: 3 parties
A
- L’injecteur : L’échantillon est introduit avec une microseringue, à travers un septum en élastomère,
dans la chambre de vaporisation. L’injecteur a une double fonction : il porte l’échantillon à l’état de vapeur,
puis il l’amène dans le flux gazeux en tête de colonne.
B
limonène
β-pinène
γ-terpinène
- La colonne : elle est placée dans une enceinte à température régulée. Elle de présente sous la forme
d’un tube de silice, enroulée sur lui-même et de longueur allant de 1 à plus de 60 m.
Entraînés par un gaz vecteur inerte, les analytes étudiés sont séparés en fonction de leur capacité
d’interaction avec la phase stationnaire.
α-pinène
- Le détecteur : il s’agit du module qui va permettre de détecter voire d’identifier les composés en
sortie de colonne.
Figure 2: (A ) Chromatogramme d’huile essentielle de citron, (B) Spectre de masse du limonène
L’ordre d’élution de composés de structures proches est déterminé par leur différence de température
d’ébullition. En effet, la molécule ayant le plus faible point d’ébullition sera éluée en premier et
inversement. La séparation de ces composés présente une bonne résolution de part le mode de
programmation de température appliqué.
¾ Mode de détection : la spectrométrie de masse (3 parties)
-Chambre d’ionisation : en sortie de colonne, l’intégralité des analytes entrent dans la chambre
d’ionisation. Le mode d’ionisation est l’impact électronique (EI)
M + e-
Fragmentation du limonène
M+• + 2e-
Ces ions formés dans la source sont ensuite accélérés et focalisés par une électrode chargée
positivement (le repousseur) vers l’analyseur : le quadripôle.
- Analyseur quadripolaire : L’étude des trajectoires suivies, dans une enceinte où règne le vide, permet
de déterminer le rapport masse sur charge (m/z) de l’ion. En balayant les amplitudes U et V, la trajectoire
des ions peut-être stabilisée ou déstabilisée en fonction de leur rapport m/z. Seuls les ions qui ont une
trajectoire stable vont pouvoir traverser le quadripôle et arriver au détecteur, les autres étant éjectés.
- Détecteur : Le détecteur recueille alors ces ions séparés par l’analyseur en fonction de leur
rapport m/z. Puis un micro-ordinateur va assurer le traitement des données et fournir un spectre de
masse. L’EI est un procédé reproductible qui permet des comparaisons spectrales à l’aide de
bibliothèques de spectres (NIST).
¾ Analyse quantitative
L’analyse quantitative du limonène a été réalisée par étalonnage externe.
Citron : m = 26,2 mg ⇒ Csolution mère= 5,24 mg/mL
Conclusion
La méthode développée permet la séparation des arômes avec une bonne résolution et un temps
d’analyse court. La bibliothèque NIST fournit une identification aisée et sans ambiguïté des composés.
Les résultats obtenus pour le dosage du limonène sont en accord avec les données du fabricant
(www.aromazone.com - citron: 69,10% ; mandarine: 88,8%). Ils pourraient être améliorés par l’utilisation
d’un étalon interne tels que le myristate de méthyle ou le tridécane.
Aire pic limonène (106ua)
Droite d’étalonnage du Limonène
C limonène calculée= 3,85 ± 0,32 mg/ml
60
73,4 % de limonène dans l’huile de citron
40
20
A = 85300 x Climonène
R2 = 0,993
0
0
100
200
300
400
500
600
Concentration en limonène (µg/ml)
Références bibliographiques
Sawamura M., Son U.S., Choi H.S., Kim M.S.L., Phi N.T.L., Fears M. and Kumagai C.: Compositional changes in commercial lemon essential oil for aromatherapy. Journal of Aromtherapy 14, 27-36. (2004)
Smith D.C., Forland S., Bachanos E., Matejka M. and Barrett V.: Qualitative Analysis of Citrus Fruit Extracts by GC/MS : An Undergraduate Experiment. Chem. Educator 6, 28-31. (2001)
Deng C., Wang A., Shen S., Fu D., Chen J. and Zhang X.: Rapid analysis of essential oil from Fructus Amoni by pressurized hot water extraction followed by solid phase microextraction and gaz
chromatography-mass spectrometry. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 38, 326-331. (2005)
Mandarine : m = 28,6mg ⇒ Csolution mère= 5,72mg/mL
C limonène calculée= 5,08 ± 0,4 mg/ml
88,8 % de limonène dans l’huile de mandarine
Prix PerkinPerkin-Elmer
GC
Turbomass
Bibliothèque NIST
Informatique
11180 euros
79778 euros
2450 euros
4790 euros
98798 euros