Présentation
RÉSUMÉ
Cet article se focalise sur les parties constitutives d’un spectromètre de masse qui permettent de détecter un ion préalablement formé à partir d’une molécule organique dans une source d’ionisation et d’en mesurer son rapport masse sur charge. Les théories physiques nécessaires à la compréhension du fonctionnement des analyseurs sont utilisées et les performances de ces dispositifs sont comparées. La spectrométrie de masse en mode MS-MS ou MS est ensuite présentée en proposant un choix d’analyseurs adaptés à ce type d’expérience et les méthodes d’activation d’ions nécessaires à l’obtention de spectres d’ions fragments.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleABSTRACT
This article focuses on the constitutive parts of a mass spectrometer that permit the detection of an ion previously produced in an ion source from an organic molecule and the measurement of its mass-to-charge ratio. Physical theories that explain the operation of the analyzers are set out, and the performance of these devices are compared. MS or MS-MSn mass spectrometry is presented, with a choice of analyzers available for research experiments, and the ion activation methods necessary to obtain product ion spectra.
Auteur(s)
-
David RONDEAU : Professeur à l’Université de Bretagne Occidentale (Brest) - Institut d’Électronique et de Télécommunications de Rennes, France
INTRODUCTION
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.
MOTS-CLÉS
traitement du signal Analyseur à temps de vol Filtre ionique quadripolaire Piège ionique quadripolaire Orbitrap Multiplicateur d'électrons
KEYWORDS
signal processing | time-of-flight mass spectrometer | quadrupole ions filter | quadrupole ion trap | Orbitrap | electron multiplier
DOI (Digital Object Identifier)
Cet article fait partie de l’offre
Techniques d'analyse
(286 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
6. Conclusion
Dans un spectromètre de masse, l’analyseur est la partie qui permet de relier le rapport m/z d’un ion à ses paramètres de fonctionnement. Ses caractéristiques physiques sont à considérer dans toute expérience de spectrométrie de masse organique parce qu’elles déterminent la qualité du spectre de masse enregistré en termes de résolution et de précision de mesure. La sensibilité et la sélectivité de la détection, de même que la dynamique et la vitesse de la mesure, sont aussi étroitement liées aux performances de l’analyseur. Avec les améliorations techniques des paramètres instrumentaux tels que la résolution, la précision de mesure de masse ou de la vitesse de balayage des rapports m/z, la spectrométrie de masse tend actuellement à élargir son champ d’application vers l’analyse globale d’échantillons complexes (généralement biologiques). Cela est d’ailleurs facilité avec les possibilités offertes par les méthodes de couplage chromatographique. C’est un champ d’applications qui s’affirme continuellement dans la détermination de la présence de contaminants multiples dans l’environnement ou l’alimentation et qui s’élargit actuellement vers les approches dites « globales » telles que la protéomique, la métabolimique ou la lipidomique... Enfin, les progrès réalisés en termes de traitement du signal vont permettre de développer les possibilités de retraitement des spectres de masse spatialement discriminés dans la perspective de réalisation d’une véritable cartographie moléculaire par spectrométrie de masse particulièrement adaptée à l’imagerie d’organismes biologiques pouvant atteindre l’échelle de la cellule.
TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :
Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.
Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.
de Techniques de l’Ingénieur ! Acheter le module
Cet article fait partie de l’offre
Techniques d'analyse
(286 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DE LAETER (J.R.), BÖHLKE (J.K.), DE BIÈVRE (P.), HIDAKA (H.), PEISER (H.S.), ROSMAN (K.J.R.), TAYLOR (P.D.P.) - Atomic weights of the elements : review 2000. - Pure and Applied Chemistry, 75, p. 683-800 (2003).
-
(2) - BRISTOW (A.W.T.), WEBB (K.S.) - Intercomparison study on accurate mass measurement of small molecules in mass spectrometry. - Journal of the American Society of Mass Spectrometry, 14, p. 1086-1098 (2003).
-
(3) - COTTER (R.J.) - Time-of-flight mass spectrometry : instrumentation and applications in biological research. - American Chemical Society (1997).
-
(4) - WILEY (W.C.), MAC LAREN (I.H.) - Time-of-flight spectrometer with improved resolution. - Rev. Sci. Instr., 26, p. 1150-1157 (1955).
-
(5) - GUILHAUS (M.) - Principles and instrumentation in time-of-flight mass spectrometry. Physical and instrumental concepts. - Journal of Mass Spectrometry, 30, p. 1519-1532 (1995).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Molecular Weight Calculator, Version 6.50 par Matthew Monroe. Programme distribué gratuitement via téléchargement http://www.alchemistmatt.com/ http://ncrr.pnl.gov/software/ http://come.to/alchemistmatt
HAUT DE PAGE
WebBook de Chimie NIST. Base de données standard de référence NIST http://webbook.nist.gov/chemistry/
Principaux constructeurs de spectromètres de masse http://www.sisweb.com
Ressource documentaire gratuite contenant une section dédiée à la spectrométrie de masse http://www.spectroscopynow.com
Ressource documentaire gratuite contenant des tutoriels, des conseils, des tables de références et des liens utiles en spectrométrie de masse http://www.ionsource.com
Société française de spectrométrie de masse http://www.sfsm.fr/
Congrès annuels français de spectrométrie de masse http://www.sfsm.fr/fr/actions-sfsm/congres-annuel
Journaux internationaux à comité de lecture dédiés à la spectrométrie de masse
Journal of Mass Spectrometry http://www3.interscience.wiley.com
Rapid...
Cet article fait partie de l’offre
Techniques d'analyse
(286 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
Cet article fait partie de l’offre
Techniques d'analyse
(286 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive