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RÉSUMÉ
Cet article a pour objet la description de l’appareillage de la spectrométrie de masse. Cette technique analytique permet l’identification et le dosage d’un élément chimique, mais également l’analyse de la composition, de la structure et de la masse moléculaire de l’échantillon. La spectrométrie de masse permet en plus l’étude des ions en phase gazeuse. Sont détaillés les systèmes d’introduction de l’échantillon, les méthodes d’ionisation, avant de s’attarder sur les différents analyseurs qualifiés par leur résolution, leur précision sur la mesure d’une masse et la gamme de masse détectable. Pour compléter l’approche, les systèmes de détection et le traitement des données sont abordés.
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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
La spectrométrie de masse est une technique analytique qui permet d’identifier et de doser une substance ou un élément chimique. Elle apporte également des informations sur la composition, la structure et la masse moléculaire de l’échantillon. Enfin, le spectromètre de masse est un outil permettant d’étudier la chimie des ions en phase gazeuse sous ses divers aspects (cinétiques, énergétiques et mécanistiques).
Ce premier article s’attache essentiellement à la description de l’appareillage. Les principales méthodes d’ionisation actuelles, ou d’un passé récent, sont passées en revue. Le fonctionnement des divers analyseurs actuellement commercialisés est détaillé et leurs performances comparées. Cet article est complété par une présentation des systèmes de détection et de traitement des données. Un second article Spectrométrie de masse- Applications est consacré aux principales applications analytiques de la spectrométrie de masse.
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- Version courante de juil. 2017 par David RONDEAU
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Analyseurs3. Sources d’ions
De nombreuses techniques d’ionisation sont actuellement utilisées en spectrométrie de masse. Le choix de l’utilisateur est fonction de la nature de l’échantillon (gaz, liquide, solide, composé volatil ou thermolabile) et du type d’analyse (élémentaire, structurale, etc.) qu’il désire effectuer. Nous insisterons plus particulièrement sur les techniques s’appliquant aux composés organiques ou bio-organiques puisqu’ils constituent actuellement la plus grosse part des échantillons analysés.
les techniques plus spécifiquement adaptées à l’analyse isotopique ou élémentaire seront décrites plus succinctement, des explications plus détaillées étant disponibles dans d’autres articles [4] [6].
Le tableau 1 présente une comparaison des performances et des domaines d’application des diverses méthodes d’ionisation.
3.1 Impact électronique ou électro-ionisation (EI : Electron Impact ou Electron Ionization )
L’impact électronique est l’une des plus anciennes méthodes d’ionisation. Elle a été l’une des premières à être appliquée à l’ionisation des composés organiques ou inorganiques et elle reste encore aujourd’hui la méthode la plus utilisée avec sa proche parente, l’ionisation chimique 3.2, pour ioniser des molécules de faible masse moléculaire (< 500 u). L’ionisation par impact électronique repose sur l’interaction entre un faisceau d’électrons et les molécules M de l’échantillon vaporisé. Lorsque l’énergie cinétique des électrons [E cin(e)] est de l’ordre de 10 à 100 eV, les premiers ions formés résultent de l’arrachement d’un électron à la molécule M :
l’ion M+• est appelé « ion moléculaire », on notera qu’il s’agit d’un cation-radical, c’est-à-dire d’une entité portant une charge positive...
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