Spectrométrie de masse organique - Principe, méthodes d’introduction et d’ionisation

La spectrométrie de masse organique est une technique d’analyse chimique qui peut, en première approximation, être comparée à une balance de laboratoire à l’échelle moléculaire. Son principe est avant tout basé sur la mesure du rapport masse sur charge (m/z) d’un ion dans le but d’identifier ou de quantifier une entité chimique à l’état pur ou plus largement un ensemble de molécules présentes dans des mélanges complexes. En spectrométrie de masse, l’identification structurale est possible si les précisions de mesures des rapports m/z sont suffisantes pour permettre de proposer des compositions élémentaires des ions détectés. La caractérisation structurale peut être précisée grâce à l’interprétation de spectres de fragmentations des ions qui sont caractéristiques des molécules introduites dans le spectromètre. L’analyse quantitative peut se réaliser grâce aux possibilités de couplage des spectromètres de masse avec des techniques de séparation de constituants d’un mélange complexe comme la chromatographie en phase gazeuse ou liquide ou les techniques électrophorétiques comme l’électrophorèse capillaire. Elle est basée sur l’existence d’une relation entre l’intensité de la détection d’un signal reçu en sortie du spectromètre de masse et la quantité d’espèces ioniques produite dans la source d’ionisation. La spectrométrie de masse peut aussi participer à la détermination de propriétés thermochimiques d’espèces ioniques gazeuses ou à l’étude d’interactions moléculaires en phase condensée ou gazeuse.

Les spectromètres de masse sont des dispositifs d’analyse très largement utilisés en chimie, biologie, géologie ainsi que dans les sciences pharmaceutiques et environnementales. Leur mode de fonctionnement associe une source dite « d’ionisation » avec un « analyseur ». La source a pour rôle de former des ions gazeux à partir d’un échantillon à l’état solide, liquide ou vaporisé ; l’analyseur se charge ensuite de les trier en fonction de la valeur de leur rapport m/z.

Il existe de nombreux types de spectromètres de masse qui diffèrent entre eux par la nature des sources et des analyseurs qui les constituent. Chacun de ces appareillages possède donc des caractéristiques propres qui devront être considérées lorsque des analyses par spectrométrie de masse sont mises en œuvre dans un champ d’application donné. Détecter une ou plusieurs molécules cibles dans une matrice biologique, environnementale ou agroalimentaire peut conduire à envisager l’utilisation d’un spectromètre de masse qui sera différent de celui nécessaire à la caractérisation de biopolymères (protéines, sucres, lipides...) pour la biologie ou la médecine. La nature des molécules à ioniser (taille, polarité, fragilité thermique...) va guider le choix de la méthode d’ionisation à mettre en place. L’application analytique recherchée (dosage de molécules cibles, résolution de structure chimique, caractérisation de matériaux...) va aussi influer sur la mise au point de la méthode d’analyse et sur le choix du spectromètre de masse à implanter dans le laboratoire.