Identification de composés volatiles par analyse de l`espace de tête

INSA de ROUEN
Laboratoire de chimie analytique
UV-ANA4
Identification de composés volatiles par analyse de
l’espace de tête de différentes sucreries par GC/MS
I.
But du travail proposé
L’objectif de ce travail est de comprendre l’énorme intérêt du coup lage GC/MS aussi bien dans
l’identification structural que dans l’analyse de trace.
II. Matériel mis à disposition.
Chromatographe VARIAN 3400 + spectromètre de masse Saturn 2000
Le chromatographe est un modèle VARIAN 3400 équipé d’un injecteur on-column. L’injection se
fait donc directement dans une précolonne capillaire de diamètre 0.53 mm (appelée retention gap,
longueur 50 cm) qui est reliée à une colonne de diamètre 0.25mm. Le balayage en gaz vecteur
permet tout d’abord l’évaporation du solvant (non présent ici) puis une programmation en
température de l’injecteur permet ensuite la migration rapide des produits restants restant dans le
retention gap vers la tête de colonne.
seringue
T augmente
Retention
gap
Colonne
séparative
A
Dépôt de
l’échantillon dans
le retention gap
B
Evaporation du
solvant :
entraînement par le
gaz vecteur
C
Programmation en température de
l’injecteur et concentration des
produits en tête de colonne
La colonne capillaire permettant la séparation a les propriétés suivantes :
- Phase stationnaire : Equity-5 à 5% en Phenyl
- Longueur : 30 m
- Diamètre interne 0.25mm
- Epaisseur du film (Phase fixe) 0.25 ? m
- Température maximale d’utilisation : 325°C
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Le détecteur utilisé est un spectromètre de masse Varian Saturn 2000.
La colonne est reliée à une ligne de transfert qui permet le couplage avec le spectromètre de masse
qui est placé sous vide. Une fois les produits séparés par la colonne chromatographique, ils vont
subir une ionisation. La méthode d’ionisation utilisée sera l’impact électronique (EI). Suite à
l’impact des électrons sur les molécules ceux-ci se fragmentent. Les ions ainsi générés sont ensuite
analysés par une trappe d’ion qui permet de sélectionner les ions selon le rapport m/z. Un détecteur
permet le comptage des ions sélectionnés.
III. Analyse de l’espace de tête de différentes sucreries
L’objectif de ce travail est donc d’analyser l’espace de tête de différentes sucreries afin de
déterminer la nature des molécules présentes. Il faut savoir que les entreprises concernées se sont
refusées à nous communiquer la composition des différentes sucreries (même les arômes entrant en
jeu dans la composition). Nous allons voir qu’il est plutôt aisé d’obtenir cette information à l’aide
de cette technique.
Pour vous aider, voici un tableau regroupant les composés les plus utilisés en tant qu’arômes. Vous
pouvez en découvrir d’autres.
Vous pourrez aussi trouver des information sur le site flavornet sur internet :
http://www.flavornet.org/flavornet.html présente l’ensemble des molécules utilisées en chimie des
arômes et odeurs.
Molécule
Acetate
d’isoamyle
limonène
Odeur
banane
Molécule
Butanoate d’éthyle
Odeur
fruitée
Molécule
benzaldéhyde
Odeur
amande
citron
Acétate d’éthyle
fruitée
fruitée
menthol
menthone
eucalyptol
menthe
Menthe fraîche
eucalyptus
carvone
Alpha pinène
2-methylbutanoate
d’éthyle
carvi
pin
sucrée
Propanoate de 3methylbutyl
Hexanoate d’ethyle
undecanol
Octanoate de
méthyle
pomme
mandarine
orange
III. MISE EN SERVICE DE L’APPAREILLAGE
La mise en service de l’appareillage a déjà été effectuée par l’enseignant. Elle comprend entre autre :
-
la vérification de l’étanchéité du spectromètre de masse par analyse de l’eau et de l’air dans la
trappe d’ion
la calibration en masse de l’appareil.
le réglage du multiplicateur d’électrons (détecteur)
le conditionnement à 250°C de la colonne avant le travail.
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IV TRAVAIL DEMANDE
Echantillon à analyser :
-
Hollywood Chewing Gum GreenFresh
Hollywood Chewing Gum Ice fresh
Hollywood Chewing Gum blancheur
Hollywood Chewing Gum Tornado
sucette chuppa chup goût cola
1) construire une méthode permettant la séparation et l‘analyse de l’espace de tête en mode scan
(voir annexe)
2) injecter l’échantillon en ne prélevant que le gaz juste au dessus de la sucrerie (25? L) Prendre
bien soin de ne pas entrer en contact avec l’échantillon et injecter rapidement après le
prélèvement.
3) Analyser l’échantillon en déterminant la structure des composés entrant dans la composition de
l’arôme. (composés majoritaires et minoritaires). Il est possible d’imprimer le chromatogramme
et les spectres de masse.Essayer de déterminer les fragmentations en masse attendues à la vue de
la structure des composés.
4) A l’aide du pic du CO2 , déterminer la vitesse moyenne du gaz vecteur dans la colonne.
Correspond t’elle à celle préconisée par le fournisseur de la colonne ? (voir fiche Supelco du
chromatogramme test)
5)
On souhaite étudier en mode SIM (voir annexe) la présence de morceau de sucette cola dans une
sucette à la pomme. Construire une méthode en mode SIM en sélectionnant les trois m/z de
plus forte masse moléculaire pour le terpinène. Quel est l’intérêt de cette méthode ?
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V. ANNEXES
Construction d’une méthode chromatographique pour l’analyse du mélange des échantillons en mode
Scan :
Le mode scan permet la réalisation en continu du spectre de masse sur les produits sortants (toutes les
secondes)
Aller dans method builder (deuxième icône en haut à gauche)
- open a new method file
ouvrir default.mth
- remplir les notes concernant la méthode
- Méthode pour GC 3400
- GC injector : fixer :
- injector type : temperature programmable
- Injector heater ON
- Température initiale 60°C hold time 0.30 min
- Puis 100°C /min jusqu’à 250°C puis hold time 2 min
- coolant to injector OFF
- GC Column :
- Column oven ON
- température initiale 70°C Hold time 0.5 min puis 10°C/min jusqu’à 150°C hold time 0.50 min
- GC detector, not used
- GC auxilliary, not used
- GC relay, not used
- Méthode pour Saturn 2000
-MS Method Editor : - 0 à 10 minutes détection des m/z de 40 à 350 en Ionization mode EI
auto. (impact électronique)
Demander à l’enseignant de vérifier votre méthode.
Sauver la méthode dans le répertoire correspondant à votre groupe donner un nom explicite
Imprimer la méthode. (L’imprimante se trouve dans le bureau des techniciens)
Fermer et Retourner dans System Control
Activation de la méthode et injection
Aller dans File puis activate method sélectionnez votre méthode. L’appareil règle alors le
chromatographe et le spectromètre en fonction des données entrées. Attendre un affichage de tous
les signaux en vert. Vérifier la bonne température de l’injecteur.
Puis faire Inject, inject single sample, donner le nom de la première injection, vérifiez que la méthode
correspond bien à la votre, dans datafiles choisir le répertoire de votre groupe et donner un nom à
votre analyse. Cliquez finalement sur Inject puis injecter l’échantillon.
Le programme trace alors le flux ionique TIC (Total Ion Current) (somme de tous les ions générés) en
fonction du temps.
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Analyse du chromatogramme
Une fois le chromatogramme terminé. Aller dans le quatrième icône en haut à gauche. (Satview) puis
ouvrer le fichier que vous souhaitez étudier. (Add/replace puis Open file).
Le chromatogramme apparaît alors. Cliquer sur les pics pour avoir le spectre de masse et comparer
avec ceux mis à votre disposition ; On peut aussi faire une recherche automatique dans une base de
donnée. Demander à l’enseignant.
Imprimer le chromatogramme. (File puis print chromatogram) et éventuellement les spectres de
masses.
Modification de la méthode en mode SIM :
L’intérêt de la méthode en mode SIM (Single Ion Monitoring) est de diminuer les produits
interférents (recouvrement de pic) et d’augmenter en général la limite de détection. Pour ce faire, il
faut connaître le produit (temps de rétention et spectre de masse) puis sélectionner les trois ions les
plus représentatifs du composé (si possible les plus abondant). Ensuite au lieu de faire un spectre de
masse toutes les secondes la trappe à ion ne laisse passer que ces ions.
- Dans Méthode pour Saturn 2000
-MS Method Editor : de 0 à 10 minutes détection des m/z de 40 à 200 en Ionization mode EI
auto. Dans Ion preparation mettre SIS, puis dans la fenêtre ion
preparation entrer les ions à selectionner (3 ions) en les encadrant de +
ou –1 (exemple si l’ion est 131 prendre de 130 à 132)
N’oubliez pas d’enregistrer et d’activer votre méthode.
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