Spectrométrie de masse organique - Analyseurs et méthodes en tandem ou MS

Si on se focalise sur un champ d’application dédié à l’analyse moléculaire, il est possible de considérer que la spectrométrie de masse possède une caractéristique spécifique qui la distingue des méthodes d’analyses spectroscopiques impliquant l’absorption de rayonnements dans le domaine des micro-ondes, de l’infrarouge (IR) [P 2 845], de l’ultra-violet (UV) ou dans le contexte de la résonance magnétique nucléaire (RMN) [P 1 092]. Ces techniques d’identification de molécules ou de quantification de leur présence dans un milieu donné sont des méthodes de mesures physiques. Elles ont pour principe une modification temporaire de la propriété des corps chimiques étudiés, l’absorption (ou la diffusion pour l’effet Raman [P 2 865]) d’énergie conduisant à la formation d’un état excité d’une partie ou de la totalité de la molécule. Le principe de ces techniques d’analyses spectroscopiques est alors de mesurer l’énergie absorbée ou restituée après retour de l’espèce excitée à un état énergétiquement plus stable, qui peut être l’état initial. En spectrométrie de masse, la mesure consiste à disposer de la valeur en rapport m/z d’une entité chimique chargée en reliant les paramètres de fonctionnement d’une partie du système appelée analyseur, aux caractéristiques de masse moléculaire et de charge de l’ion. Mais, contrairement aux techniques spectroscopiques d’analyses référencées ci-dessus, la spectrométrie de masse est davantage à appréhender comme une méthode nécessitant de créer chimiquement des nouveaux corps (par ionisation de molécules ou séparation des charges d’un sel) en plus des mesures physiques, parce qu’elle implique une étape de production d’espèces chargées (par des réactions d’ionisation) avant leur séparation et la mesure de leur rapport m/z. La description de l’étape chimique d’ionisation fait l’objet d’un article dédié à ce processus [P 2 645]. Le présent article se focalise sur les deux étapes physiques de séparation et de détection des ions en relation avec la description des analyseurs et des détecteurs qui leur sont associés au sein du spectromètre de masse. Il existe différents types d’analyseurs dont la spécificité d’action sur les ions va déterminer l’opportunité de leur utilisation. On peut les classer en deux grandes catégories, celle des dispositifs à « faisceau d’ions » et celle des dispositifs à « piégeage d’ions ». Chacune d’elles peut être scindée en deux modes de fonctionnement que l’on nomme successivement « sans balayage » et « avec balayage ». En spectrométrie de masse, la reconnaissance chimique peut s’effectuer grâce à l’interprétation du spectre de fragmentation des ions produits à partir d’une molécule ionisée. Cependant, dans le cas de la présence de mélanges chimiques dans la source ou lorsque l’ionisation seule ne produit pas assez de fragments, la caractérisation structurale peut être facilitée grâce aux méthodes de dissociations spécifiques des ions qui sont disponibles au travers de l’utilisation des spectromètres de masse en tandem, MS-MS ou MSⁿ. Une attention particulière est portée à ces dispositifs qui permettent aussi d’améliorer les performances de cette instrumentation scientifique. Dans chaque cas, les propriétés offertes par les différents systèmes, sont mises en perspective avec des applications analytiques envisagées.