620Ko

La Spectrométrie de Masse
MS
Comment identifier une
substance?
UV
Fluorescence
RMN
IR
La MS: détection universelle
Information structurale
Identification de la substance
Généralités
¾ La spectrométrie de masse:
ƒ Permet de déterminer la masse d’espèces atomiques
ou moléculaires.
ƒ Fourni des informations sur la nature, la composition et
la structure des composés présents dans un
échantillon.
ƒ Dans un spectromètre de masse (MS), les molécules
sont cassées (fragmentation) par un processus de
ionisation.
ƒ Les ions formés sont soumis à l’action d’un champs
électrique et/ou magnétique et sont dirigés vers un
filtre de masse.
Généralités (suite)
ƒ Ces ions sont filtrés un par un suivant leur rapport
masse/charge (m/z).
ƒ Un détecteur va mesurer l’abondance de chaque ion.
ƒ Les résultats se présentent sous la forme d’un spectre
de masse qui représente l’abondance des ions en
fonction de leur rapport m/z
ƒ Le spectre de masse est une empreinte caractéristique
(« carte d’identité ») de la molécule analysée.
Schéma général d’un GC-MS
Filament
- OR
N
Faisceau d’électrons
OR
Four GC
Fragments
+
N
Zoom
Filtre de masse quadripolaire
Système
d’acquisition
Colonne GC
Interface
Chambre de
ionisation
Multiplicateur
Vers les pompes à vide
Schéma général d’un LC-MS ou
CE-MS
Colonne (LC)
ou capillaire (CE)
Skimmer (« écrémeur »)
Gaz de nébulisation
Octopole
Détecteur
Gaz de séchage
Interface
Capillaire MS
Zone de fragmentation
Pression atmosphérique
Vide : 1 Torr
Lentilles
≤ 10-2 Torr
Quadrupole
≤ 10-5 Torr
Composants principaux d’un MS
ƒ Interface pour l’entrée de l’échantillon (sample inlet)
ƒ Chambre de ionisation (ion source)
ƒ Filtre de masse (mass filter)
ƒ Détecteur (detector)
ƒ Pompes à vide (vacuum system)
ƒ Système de traitement des données (data system)
Interface
ƒ Problème: les molécules à analyser doivent passer de
la pression atmosphérique à une pression très basse
(le MS est sous vide)
ƒ Le type d’interface dépend du système de séparation
en amont du MS: chromatographie liquide ou gazeuse
Types d’interface
ƒ Injection directe
(sans système chromatographique en amont)
ƒ Interface GC:
couplage direct ou split entre la colonne GC et le MS
ƒ Interface LC:
l’échantillon en solution
doit être volatilisé
pour être analysable
dans le MS.
Flux LC
Gaz de
nébulisation
Aiguille de
nébulisation
Ex.: • ionisation electrospray (ESI)
• ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI)
Gaz de
séchage
3000 V
MS
Ionisation Electrospray (ESI)
Atmospheric Pressure Chemical
Ionisation (APCI)
Chambre d’ionisation
(Ion source)
ƒ Les molécules sont ionisées et se fragmentent
ƒ Deux types principaux de ionisation en GC/MS:
9 Ionisation par impact électronique (EI)
9 Ionisation chimique (CI)
Ionisation par impact
électronique (EI)
Filament
Repousseur
(Repeller)
Vers le filtre de
masse
Molécules
Cathode
Ions
Ionisation chimique (CI)
¾ Une grande quantité de gaz réactif (méthane,
ammoniac ou isobutane) est introduite dans la
source.
¾ Ce gaz est bombardé par des électrons et est
ionisé.
¾ Les molécules de gaz ionisées réagissent
ensuite entre elles ainsi qu’avec les molécules de
l’échantillon.
¾ La CI est plus « douce » que l’EI, elle engendre
moins de fragmentation
Le filtre de masse
ƒ Les ions sont séparés sur la base de leur
rapport masse/charge (m/z)
ƒ Il y a 4 types de filtres de masse:
9 1. Time Of Flight (TOF)
Source
d’ions
Détecteur
9 2. Radio-fréquence (quadrupole et trappe)
9 3. Transformée de Fourrier (Ion Cyclotron
Resonance (ICR) ou FTMS)
9 4. Secteur magnétique (ex.: IRMS)
Filtre de masse: quadrupole
ƒ Différentes tensions sont appliquées sur les 4 barres
du quadrupole, ce qui permet de filtrer les différents
ions selon leur rapport m/z.
ƒ Seuls les ions qui correspondent aux paramètres du
filtre de masse à un instant donné peuvent passer à
travers le filtre.
ƒ Les autres ions s’écrasent sur les barres du
quadrupole.
ƒ A un instant donné, un seul type de ion peut traverser
le quadrupole
Filtre de masse: quadrupole
Barres du
quadrupole
Ion «éliminé»
(non résonnant)
Détecteur
Flux d’électrons
Quadrupole
Ion filtré
(en résonnance)
Entrée
échantillon
Source
Filament
Filtre de masse: trappe
ƒ Ce filtre fonctionne comme un piège:
initialement, tous les ions sont prisonniers
dans la trappe.
ƒ En augmentant progressivement la tension dans
les électrodes, les ions sont éjectés un par un
vers le détecteur
ƒ Certains ions peuvent être retenus dans la
trappe et subir une deuxième ou troisième
fragmentation
Filtre de masse: trappe
Electrode hyperbolique (calotte)
Electrode
annulaire
Electrode
hyperbolique (calotte)
Le détecteur
ƒ Les ions entrent en contact avec un
multiplicateur d’électrons, qui sert à amplifier
le signal.
ƒ Le détecteur sert à compter les ions
ƒ Il génère un signal proportionnel au nombre
total de ions de chaque masse
ƒ Une seule masse (un seul rapport m/z) est
détectée à un instant donné.
Le détecteur
Multiplicateur
d’électrons
Déflecteur
Ion
Libération d’électrons
en cascade
Barre du
quadrupole
Ion
Signal
Pompes à vide
ƒ Deux pompes sont connectées en série pour maintenir
le vide dans le MS:
9 une pompe rotative (vide « grossier »)
9 une pompe turbomoléculaire ou à diffusion (vide élevé)
ƒ Le vide dans le MS est nécessaire pour:
9 Le déplacement des ions dans le quadrupole sans collisions.
9 Réduire les interactions ion-molécules
9 Augmenter la durée de vie du filament (sensible à O2)
9 Eviter une décharge électrique
Le spectre de masse
ƒ Graphique qui représente l’abondance de
chaque rapport m/z mesuré par le MS.
ƒ Types de ions (ou pics):
9 ion moléculaire (molécule non fragmentée)
9 pic de base (ion le plus abondant du spectre)
9 fragment (formé par la rupture d’une ou plusieurs liaisons
de la molécule)
9 réarrangement: formé par la rupture de liaisons et la
migration d’atomes
Le spectre de masse: exemple
Pic de base
Ion moléculaire (M+)
Fragments
(m/z)
Le spectre de masse:
interprétation
Clenbutérol
LC et GC couplées à la
spectrométrie de masse
¾ TIC
ƒ « Total Ion Current » ou « Total Ion
Chromatogram)
ƒ Représente la
somme des
intensités de tous
les ions mesurés
TIC et spectre de masse
„
„
„
A chaque instant, on peut
obtenir un spectre de
masse à partir d’un TIC
Le spectre donne une
image instantanée des
ions mesurés au temps t
Le TIC représente
finalement la somme de
tous les spectres
La GC-MS et LC-MS
¾ La GC-MS ou la LC-MS fournissent des
informations en 3 dimensions:
3.
3.
2.
1.
„
1. Temps
„
2. Intensité
„
3. Masse
2.
3.
1.
Modes d’acquisition:
SCAN et SIM
¾ SCAN
ƒ Le MS balaye un intervalle de masse
(ex.: de 50 à 500 Dalton)
ƒ Les ions sont mesurés un par un sur tout l’intervalle
(m/z 50, 51, 52, 53, etc…)
ƒ Technique peu sensible (le MS passe peu de temps
d’acquisition sur chaque ion) mais plus spécifique (tous
les ions de l’intervalle sont mesurés)
ƒ Utilisée pour identifier un composé
(interprétation du spectre ou recherche en
bibliothèque)
Modes d’acquisition:
SCAN et SIM
¾ SIM (Selected Ion Monitoring)
ƒ Le MS est paramétré pour mesurer seulement
certains ions choisis.
(ex.: nandrolone: m/z 405 et 420)
ƒ Les ions caractéristiques de la molécules
doivent être préalablement connus
ƒ Technique sensible: chaque ion d’intérêt est
mesuré pendant un intervalle de temps plus
long Æ utilisée pour les quantifications
ƒ Technique peu spécifique: le spectre ne
contient que très peu d’informations.
Le « tuning » du MS
ƒ Sert à optimiser les paramètres de la source, du filtre
de masse et du détecteur pour obtenir des spectres
corrects.
ƒ Les paramètres de la source influencent le nombre de
ions produits, le nombre de ions qui traversent le
quadrupole et la quantité relative d’un ion de masse
donnée.
ƒ Ces paramètres sont réglés automatiquement par le
système (autotune), ou peuvent être ajusté
manuellement.
ƒ Le tune s’effectue avec un standard: la
Perfluorotributylamine (PFTBA)