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La spectrométrie de masse est une technique analytique qui permet d’identifier et de quantifier des composés inconnus dans un échantillon, ainsi que de déterminer leur structure.
En spectrométrie de masse, les ions en phase gazeuse sont générés à partir des atomes ou des molécules d’un échantillon. Les ions sont ensuite séparés en fonction de leur rapport masse/charge, symbolisé par m/z.
Cette séparation permet de déterminer des informations quantitatives et qualitatives sur un échantillon, telles que sa masse et sa structure.
Cette vidéo présentera les concepts de base et l’instrumentation de la spectrométrie de masse, et démontrera son utilisation dans la quantification des éléments.
Un spectromètre de masse est composé d’une source d’ionisation, d’un analyseur de masse et d’un détecteur. À la source d’ionisation, les composés sont ionisés, généralement à une seule charge positive.
Les ions peuvent être générés à l’aide de diverses techniques, telles que l’impact avec un faisceau d’électrons, le plasma ou les lasers, chacune entraînant une gamme de fragmentations qui aident à déterminer la structure moléculaire. Ces méthodes sont vaguement regroupées en ionisation « dure » et « douce ».
Les techniques d’ionisation dure provoquent une fragmentation étendue, ce qui entraîne un plus grand nombre de fragments de masse inférieure.
Les techniques d’ionisation douce entraînent une fragmentation moindre, voire presque nulle, avec une gamme de masse moléculaire élevée.
Si la fragmentation est trop importante, des informations précieuses sur la structure peuvent être perdues. Si c’est trop peu, les petites molécules ne seront pas ionisées efficacement. Ainsi, le choix d’une méthode d’ionisation dépend de l’analyte d’intérêt et du degré de fragmentation souhaité.
Les ions sont ensuite accélérés dans un champ électrique lorsqu’ils entrent dans l’analyseur de masse, où ils seront séparés.
L’analyseur de masse le plus basique est un secteur magnétique, qui est composé d’un aimant incurvé qui produit un champ magnétique homogène. La force d’attraction de l’aimant, ainsi que la force centrifuge des ions en accélération, les font se déplacer dans un chemin circulaire à travers la courbe.
Le rayon du trajet circulaire des ions dépend de la tension d’accélération, du champ magnétique appliqué et du rapport masse/charge.
La tension et le champ magnétique peuvent ensuite être sélectionnés pour n’autoriser que certaines espèces de rapport masse/charge à travers le chemin incurvé. D’autres ions s’écrasent sur les côtés de la voie magnétique et sont perdus. En balayant l’intensité du champ magnétique, les ions souhaités atteignent le détecteur à différents moments, identifiant ainsi chaque espèce avec précision.
Un autre type d’analyseur de masse est le filtre de masse quadripolaire. Le quadripôle se compose de deux paires de tiges métalliques parallèles, chaque paire de tiges opposées étant reliée électriquement.
Une tension de courant continu est appliquée aux paires de tiges, et leurs potentiels alternent en permanence de sorte que les paires sont toujours déphasées l’une par rapport à l’autre.
Le faisceau d’ions est ensuite dirigé à travers le centre des quatre tiges. Les ions se déplacent en forme de tire-bouchon, en raison de l’attraction et de la répulsion constantes des tiges. En fonction du rapport masse/charge des ions, l’ion parcourra soit toute la trajectoire du quadripôle et atteindra le détecteur, soit s’écrasera sur les bâtonnets.
Maintenant que les bases du spectromètre de masse ont été décrites, jetons un coup d’œil à son utilisation en laboratoire.
Le spectromètre de masse utilisé dans cette expérience est un ioniseur à plasma à couplage inductif, ou ICP, avec un filtre quadripolaire. L’instrument sera utilisé pour détecter et quantifier un composant métallique dans un échantillon.
Pour commencer l’expérience, remplissez tous les tubes de polypropylène avec 5 mL d’acide chlorhydrique 0,1 M afin d’éliminer toute trace contaminante de fer. Placez les tubes dans un bain-marie pendant 1 h à 50 °C.
Après l’incubation, lavez les tubes avec 5 mL d’eau déminéralisée et séchez-les dans un four ou une hotte chimique.
Dans les tubes propres, ajouter 1,8 mL d’acide nitrique concentré et 200 ? L de l’échantillon contenant l’isotope d’intérêt.
Suivez les précautions de sécurité lors de l’utilisation d’acide concentré.
Placez les tubes dans un bain-marie pendant la nuit. La température peut être augmentée pour raccourcir le temps de digestion, si nécessaire.
Une fois l’échantillon digéré, laissez les tubes refroidir à température ambiante.
Ensuite, ajoutez 8 mL d’eau déminéralisée pour diluer les échantillons et obtenir une concentration d’acide nitrique inférieure à 20 %. La dilution finale de l’échantillon est de 1/50. La concentration idéale pour l’ICP est de l’ordre des parties par milliard. Centrifugez les tubes pour granuler les résidus macroscopiques restants.
L’ICP est une méthode d’ionisation dure qui utilise un plasma d’argon couplé à environ 10 000 ? C qui est électriquement conducteur pour ioniser les molécules de l’échantillon.
Commencez l’installation de l’instrument en inspectant la torche ICP pour vous assurer qu’elle est propre.
Ensuite, inspectez les cônes de l’échantillonneur et de l’écumeur pour vous assurer qu’ils sont également propres. Ces cônes ne permettent d’échantillonner que la partie interne du faisceau d’ions généré par la torche ICP et agissent comme une barrière contre le vide poussé du spectromètre de masse.
Vérifiez la pression d’argon et démarrez le refroidisseur. Démarrez le flux de plasma et de liquide dans le système. Attendez 20 minutes pour que le système se réchauffe complètement.
Ensuite, aspirez une solution d’essai standard, qui contient divers étalons élémentaires connus. La solution d’essai doit être choisie de manière à couvrir la plage de masse attendue de la solution d’analyte.
Lorsque le flux de solution est établi, initialisez et testez l’instrument conformément aux directives du fabricant.
Pour faire fonctionner l’instrument, sélectionnez d’abord les éléments et les isotopes qui vous intéressent. Réglez ensuite le mode de balayage sur le saut de pointe.
Sélectionnez cinq répétitions par mesure. Réglez chaque répétition pour qu’elle contienne 40 balayages de mesure, chaque balayage avec un temps de séjour de 50 ms. Le temps d’intégration total est de 2 000 ms par répétition.
Préparez une courbe d’étalonnage pour les éléments choisis en mesurant des solutions étalons préparées à l’avance.
Enfin, analysez l’échantillon, dans ce cas, des nanoparticules d’oxyde de fer. Déterminer la concentration de fer à l’aide de la courbe d’étalonnage du fer.
La spectrométrie de masse est utilisée dans un large éventail d’applications à l’aide de diverses techniques d’ionisation et d’analyse de masse.
Dans cet exemple, un type de spectrométrie de masse à ionisation douce, appelé MALDI-TOF, a été utilisé pour analyser les protéines de haut poids moléculaire. Avec MALDI, les molécules sont stabilisées à l’aide d’une matrice, afin de diminuer le fractionnement lorsque les grosses molécules sont ionisées.
La solution protéique et la matrice ont toutes deux été repérées sur la plaque MALDI propre et séchées. La plaque MALDI a été insérée dans l’instrument et l’échantillon a été analysé.
L’analyse des composés volatils et sensibles à l’oxydation a été mesurée à l’aide de la spectrométrie de masse à ionisation électronique, une technique d’ionisation dure.
Tout d’abord, un système de tube verrouillable a été conçu afin de permettre l’évacuation complète du tube, suivi d’un chargement de l’échantillon sous refroidissement par de l’azote liquide.
Le tube d’échantillon a été connecté à l’orifice d’entrée et l’échantillon a été chargé dans l’instrument. Le spectre de masse de l’échantillon, en l’occurrence le phosphate de tris(trifluorométhyle), a ensuite été analysé.
Un spectromètre de masse à faisceau moléculaire couplé au rayonnement synchrotron a été utilisé pour explorer la structure électronique des molécules et des amas en phase gazeuse.
Le faisceau moléculaire, intégré au rayonnement synchrotron, a fourni une méthode d’ionisation sélective pour sonder les molécules en phase gazeuse.
L’échantillon a été chargé dans la buse, la tuyère rechargée dans l’instrument et le faisceau de photons a pu entrer dans la chambre.
Le spectre de masse a ensuite été collecté et comparé aux données d’efficacité de photoionisation afin de déterminer la structure électronique des molécules.
Vous venez de regarder l’introduction de JoVE à la spectrométrie de masse. Vous devez maintenant comprendre l’instrumentation de base de la spectrométrie de masse et comment effectuer une analyse de base basée sur la spectrométrie de masse.
Merci d’avoir regardé !
