COUPLAGE CG-SM-SM-p1487
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COUPLAGE CG/SM/SM __________________________________________________________________________________________________________________
1. Concepts et définitions
Avant d'aborder les techniques et les applications du couplage
CG/SM/SM, il est nécessaire d'introduire un certain nombre de con- dissociation
cepts et de définitions auxquels il sera fait référence dans le déve- m /z = 223
loppement de cet article [1] [2] [3].
■ Principe de la spectrométrie de masse tandem
La spectrométrie de masse tandem SM/SM peut être présentée m /z = 223
comme la technique offrant le moyen d'obtenir le spectre de masse a bruit chimique
d'un ion présent dans un spectre de masse. Grâce au fonctionne-
ment indépendant de chaque filtre de masse, cette technique per-
met d'augmenter la sélectivité de l'analyse et, par voie de
conséquence, d'abaisser les limites de détection. Une représenta- m /z = 149
tion conceptuelle de son principe est reportée sur la figure 1 dans le
cas de l'ionisation chimique positive du phtalate de diéthyle qui
dissociation
conduit à un ion quasi moléculaire [M+H]+ de rapport m/z = 223. m /z = 177
L'identification de ce composé par spectrométrie de masse tandem m/z = 223
est réalisée par la détection des ions caractéristiques de
rapport m/z = 177 et m/z = 149 dans le spectre de masse SM/SM.
Pour illustrer le principe de fonctionnement de la spectrométrie m /z = 223
de masse tandem SM/SM, considérons un ion de même rapport SM – I SM – II
m/z = 223 que celui du phtalate de diéthyle à caractériser. Cet ion, spectre SM spectre SM/SM
noyé dans le spectre de masse du bruit de fond, pourra correspon- b analyte
dre à différentes structures distribuées de façon aléatoire et même
une analyse par spectrométrie de masse haute résolution ne per- Figure 1 – Illustration du principe de la spectrométrie de masse
mettra pas nécessairement de le distinguer, étant donné le nombre tandem dans le cas de l’ionisation chimique positive du phtalate
de structures susceptibles de correspondre à ce rapport m/z. Le de diéthyle
spectre de masse SM/SM de cet ion de rapport m/z = 223 ne donnera
pas d'information sur sa structure puisqu'il ne retraduira qu'aléatoi-
rement la somme des pics correspondants aux différents spectres
● Le terme d’ion précurseur caractérise tout ion sélectionné au
SM/SM de l'ensemble des structures présentant un rapport m/z égal
niveau SM-I pour effectuer une détermination de structure par acti-
à 223 (figure 1 a). L'introduction d'un analyte caractérisé par un ion
de rapport m/z = 223 modifiera l'intensité du pic correspondant au vation collisionnelle en cellule de collision. Le terme d’ion produit
niveau de l'analyseur SM-I et surtout donnera cette fois, sous la caractérise tout ion résultant de décompositions (et éventuellement
forme de son spectre SM/SM une information sur sa structure, car la de réactions) en région de réaction.
présence de cet analyte modifiera la distribution aléatoire observée
● La région de réaction (ou région hors champs pour les appa-
précédemment où prédomine maintenant la contribution de cet ion
de rapport m/z = 223 (figure 1 b). L'identification du composé est reils à secteurs) et, plus précisément, la cellule de collision est pla-
rendue possible par la détection caractéristique de ses ions de frag- cée sur le trajet des ions : deux petits orifices permettent, en amont,
mentation. aux ions précurseurs filtrés au niveau SM-I de pénétrer dans la
cellule ; en aval, aux ions produits formés dans la cellule de collision
de sortir de celle-ci pour être filtrés en masse au niveau SM-II. Cette
En résumé, le principe de la spectrométrie de masse SM/SM cellule de collision, où règne une pression de l'ordre de 10−3 à
repose donc, après ionisation dans la source du spectromètre de 10−5 Torr, est le siège de collisions dissociatives ou de réactions
masse, à sélectionner un ion au niveau du premier analyseur entre les ions précurseurs et le gaz qui y est introduit. Le vide partiel
SM-I, à le dissocier en région de réaction, pour finalement obte- est maintenu par un système de pompage différentiel afin de ne pas
nir un spectre de masse au niveau de l'analyseur SM-II permet- interférer avec les conditions propres de fonctionnement des filtres
tant de déterminer sa structure. de masse SM-I et SM-II.
Nota : on rappelle que 1 Torr = 133,3224 Pa.
■ Définitions
La terminologie en spectrométrie de masse tandem (SM/SM) est ● Le processus d’activation collisionnelle [CID (collision induced
directement issue de la technologie instrumentale de ces appareils. dissociation) pour l'abréviation anglo-saxonne], qui est au cœur de
Les définitions suivantes se rattachent à cette technologie et seront la technique de spectrométrie de masse tandem, consiste à disso-
appliquées dans le cas du couplage CG/SM/SM. cier un ion sélectionné par un premier filtre de masse par collision
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F+ ion produit, SM - II
balaie à une valeur fixée
N fragment neutre perdu lors de la collision.
m/z = 149
● Un spectre d'ions produits définit le spectre de masse obtenu
par décomposition d'un ion précurseur sélectionné (SM-I à une O
valeur fixée de m/z, SM-II balaie). m /z = 177
C+
Exemple : dans le cas de la figure 1, le spectre représenté au
niveau SM-II est le spectre d'ions produits de l'ion m/z = 223. C OEt – CH2 CH2
O O
Un spectre d'ions précurseurs définit le spectre de masse obtenu O
C OEt C
pour un ensemble d'ions précurseurs donnant un même ion produit Ionisation Activation O, H+
sélectionné au niveau SM-II (SM-I balaie, SM-II à une valeur fixée de chimique collisionnelle
m/z). C OEt C
O
Exemple : dans le cas précédent de la caractérisation du phtalate O O
de diéthyle, le spectre d'ion précurseur de rapport m/z = 149 aurait C OEt m/z = 149
– OEt
l'allure du spectre reporté sur la figure 2 en accord avec les mécanis- – CH2 CH2
mes de fragmentation qui conduisent à la formation de cet ion de rap- C OEt
port m/z = 149 à partir des ions de rapport m/z = 223 et m/z = 177. m/z = 223 +
OH
Un spectre de perte de neutres définit le spectre obtenu à partir
Figure 2 – Spectre d’ion précurseur de l'ion de rapport m/z = 149
d'ions précurseurs qui perdent un même fragment neutre (SM-I
et mécanismes de fragmentation conduisant à la formation
balaie, SM-II balaie avec un décalage en masse correspondant à la
de cet ion dans le cas de la caractérisation du phtalate de diéthyle
masse de ce fragment neutre).
en mode d’ionisation chimique positive
● La sensibilité définit la quantité minimale de produit détecté au
moyen de l'appareil utilisé. La capacité à détecter un composé sous
forme de traces dans un mélange est plus proprement définie par la
sélectivité qui consiste en la capacité à extraire le signal d'un ana-
lyte de celui du bruit de fond (ou bruit chimique) du spectre de
2. Instrumentation
masse. pour le couplage
● Le bruit chimique définira l'ensemble des signaux présents
dans le spectre de masse au niveau de l'analyseur SM-I, avant sélec-
CG/SM/SM
tion par un nouvel étage de masse SM-II, et qui sont notamment dus
à la présence de composés parasites. En corrélation directe avec le
concept de sélectivité vient celui de limite de détection définie Les appareils utilisés pour le couplage CG/SM/SM sont déjà
comme la quantité de produit qui résulte en un rapport signal sur décrits dans les articles Spectrométrie de masse [P 2615] [36] et
bruit permettant d'affirmer avec une probabilité donnée la présence Techniques de piégeage d'ions [P 2617] [37] de ce traité. Par consé-
du produit soupçonné (une valeur minimale égale à 3 est générale- quent, leurs modes de fonctionnement ne seront que très briève-
ment admise pour ce rapport signal sur bruit). ment abordés ici. D'autre part, dans le cadre du couplage CG/SM/
SM, en termes de « poids relatif » d'utilisation et en termes d'im-
■ Couplage plantation, l'attention sera plus particulièrement portée sur les
appareils à secteurs, les appareils quadripolaires et les appareils à
Le couplage d'un chromatographe à un spectromètre de masse piégeage d'ions.
permet d'améliorer les limites de détection en augmentant de fait la
sélectivité de la technique d'analyse. Ainsi le couplage CG/SM pré-
sente une sélectivité accrue par rapport à une analyse par spectro-
métrie de masse simple SM. De la même façon, le couplage d'un 2.1 Problèmes liés au balayage
chromatographe en phase gazeuse à un spectromètre de masse de
type tandem permet, par rapport à la spectrométrie de masse tan- du rapport m/z
dem, et dans le cas où un composé donné interfère dans un
mélange avec d'autres composés de ce mélange, d'augmenter la
sélectivité de l'analyse par l'introduction d'une étape supplémen- Le couplage d'un chromatographe en phase gazeuse à un spectro-
taire de séparation chromatographique. L'utilisation d'un spectro- mètre de masse impose une vitesse de balayage rapide du spectro-
mètre de masse tandem permet, par rapport au couplage simple mètre de masse pour conserver les performances de la séparation
CG/SM, d'obtenir une information supplémentaire sous la forme chromatographique, notamment lors de l'utilisation de colonnes
d'un spectre d'activation collisionnelle, dans le cas où la détermina- capillaires [4]. Une vitesse de balayage rapide doit rester corrélée à
tion de la masse moléculaire du composé recherché ou l'obtention une diminution du risque de distorsion du spectre de masse (c'est-
d'un spectre de masse ne suffit pas pour une identification univo- à-dire à une variation inopinée de l'intensité relative des pics obte-
que. nus aux différents rapports m/z) et à l'acquisition d'un spectre sur
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Les appareils les plus couramment utilisés pour le couplage Les appareils tandem de type triple quadripôle présentent l'avan-
CG/SM/SM sont ceux à deux secteurs de type EB et BE (secteur tage de fournir des rendements importants pour les processus
magnétique B, secteur électrostatique E). Les appareils à triple ou d'activation collisionnelle (approximativement 50 %). La sélection
quadruple secteurs sont plus rarement utilisés à cette fin et ne des ions précurseurs et produits est effectuée à résolution unitaire,
seront pas abordés ici. Les appareils à deux secteurs conçus pour
ce qui n'est pas un réel handicap sachant que, pour de nombreux
sélectionner les ions à partir de leur énergie cinétique et de leur
quantité de mouvement peuvent être utilisés avec différents modes cas d'applications analytiques, la résolution obtenue sur les ions
de balayage pour conduire à la dissociation des ions dans les diffé- produits avec ce type d'appareils est largement compétitive de celle
rentes régions hors champs de ces appareils. Les balayages en éner- observée sur les appareils à secteurs de type BE (dans le cas des
gie de type IKES et MIKES (cf. article Spectrométrie de masse de ce appareils quadripolaires, l'énergie cinétique dispersée lors du pro-
traité) [36] ne sont pas les plus utilisés pour le couplage CG/SM/SM. cessus de dissociation n'altère pas la résolution du spectre pour les
Les balayages en modes liés qui font varier les valeurs de champ ions produits contrairement aux appareils à secteurs). La mise en
des secteurs E et B pour le contrôle de la dispersion d'énergie œuvre d'une analyse en couplage CG/SM/SM avec ce type d'appa-
(valeur du champ E) et de quantité de mouvement (valeur du champ reils est directe et facilitée par leur simplicité d'utilisation due, en
B) sont plus adaptés dans le cas du couplage CG/SM/SM. Ainsi le partie, à leur pilotage informatique au moyen de micro-ordinateurs.
balayage combiné à B/E constant permet, dans le cas des géomé- Ces appareils ne nécessitent pas l'application de hauts potentiels
tries directe EB et inverse BE, d'obtenir un spectre d'ions produits d'accélération pour leur fonctionnement (l'énergie cinétique des
par collision dans la première région hors champs. Le balayage en
ions est limitée à une dizaine d'électronvolts). Les différents types
mode liés à B2E constant dans le cas d'une géométrie inversée (BE)
de balayage permettant d'obtenir les spectres d'ions précurseurs,
permet d'obtenir un spectre d'ions précurseurs par collision dans la
seconde région hors champs. Le balayage en mode B2E constant les spectres d'ions produits et les spectres de perte de neutres sont
permet, dans le cas des deux types de géométries, d'obtenir un directement accessibles, sans manipulations particulières, par sim-
spectre d'ions précurseurs par collision dans la première région ple interversion des modes de balayage (tableau 2). La large
hors champs (tableau 1). Les spectres de perte de neutres sont obte- implantation de ce type d'appareils résulte sans conteste des perfor-
nus à partir de séquences de balayage d'expression moins immé- mances qu'ils présentent pour un moindre coût en comparaison aux
diate que dans les cas précédents [1]. appareils à secteurs.
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Électrode RF d'éjection P (E )
chapeau Filament et d'activation
8 keV
Électrode RF
couronne d'analyse
Énergie (eV)
3 eV
Électrode
chapeau a collisions haute énergie
détecteur P (E )
a
20 eV
Énergie (eV)
RF b collisions basse énergie
d'analyse
Figure 4 – Comparaison des distributions d'énergie interne
attendues pour l'ion précurseur lors de processus de collisions
Séquence Séquences Séquence Séquence
à haute énergie (8 keV) et à basse énergie (20 eV) en fonction
d'ionisation d'éjection d'activation d'analyse
de l'énergie interne acquise
collisionnelle
Basses Hautes
masses masses
l'énergie moyenne déposée par collision dans l'ion précurseur peut
b atteindre un maximum à une énergie de collision relativement
basse (quelques électronvolts), alors que cette distribution sera plus
Figure 3 – Mode classique de fonctionnement en spectrométrie
large pour des énergies de l'ordre du keV (figure 4 a), incluant de
de masse tandem SM/SM des appareils à piégeage d’ions
plus grands transferts d'énergie et l'observation de processus de
fragmentation de plus faibles probabilités. La conséquence pratique
sur les spectres d'ions produits dans la gamme du keV est la forma-
de collision sont des quadripôles, mais le développement d'hexa- tion d'ions produits résultant de processus de haute énergie.
pôles est récemment apparu chez certains constructeurs dans le
souci d'améliorer l’efficacité de cette refocalisation).
Quel que soit l'appareil utilisé pour effectuer la séquence de spec-
trométrie de masse tandem : appareils à secteurs pour des colli- 2.7 Méthodes d'ionisation
sions à haute énergie, appareils quadripolaires ou à piégeage d'ions
pour des collisions à basse énergie, l'information globale obtenue
sur le spectre d'ions produits ne sera pas foncièrement différente en
termes de caractérisation ou d'identification d'un produit lors d'un Les méthodes d'ionisation accessibles en couplage CG/SM/SM
couplage CG/SM/SM. Toutefois, comme les processus de collision sont limitées par les contraintes imposées par le couplage du chro-
sont observés à des énergies très différentes, une information com- matographe en phase gazeuse au spectromètre de masse. L'ionisa-
plémentaire pourra être tirée de la comparaison des résultats obte- tion en phase gazeuse de l'effluent chromatographique sera donc
nus dans ces deux cas. Pour l'application du couplage CG/SM/SM, effectuée dans une source d'ionisation traditionnelle à impact élec-
considérant les hypothèses à la base de la théorie des collisions en tronique ou à ionisation chimique. Le développement de détecteurs
spectrométrie de masse tandem, à savoir que l'efficacité des disso- à dynode de conversion sur la plupart des appareils commerciaux a
ciations dépend de la quantité d'énergie déposée dans l'ion précur- permis additionnellement l'utilisation en routine des modes néga-
seur, de la distribution de cette énergie, de la façon dont cette tifs de détection par simple inversion des potentiels d'extraction des
énergie déposée peut varier et de la section efficace de la réaction ions et des dynodes de conversion.
d'activation, il semble toutefois utile de comparer brièvement les
distributions P(E) d'énergie interne transférée à haute et basse éner-
gies de collision (figure 4 a et 4 b respectivement). La première 2.7.1 Ionisation par impact électronique
constatation à tirer de cette comparaison tient au fait que la section
efficace pour le processus d'activation collisionnelle varie peu d'une
gamme d'énergie à l'autre ; l'activation collisionnelle ne peut donc Les molécules éluées dans la colonne chromatographique sont
pas être considérée comme étant plus efficace à haute énergie qu'à introduites directement dans la source d'ionisation où elles sont
basse énergie. Un corrolaire de cette observation tient en l'absence soumises au bombardement d'un courant d'électrons émis par un
d'informations supplémentaires à attendre des collisions dans la filament. L'énergie de ces électrons est habituellement de 70 eV afin
gamme d'énergie intermédiaire comprise entre quelques centaines de créer des conditions optimales d'efficacité d'ionisation et de
d’électronvolts et 2 keV. La seconde constatation tient au fait que reproductibilité des spectres de masse d'une expérience à l'autre.
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2.7.2 Ionisation chimique ché et le bruit chimique. À cause du mode d'opération indépendant
de chaque étape séquentielle de sélection, ces deux techniques con-
Les molécules introduites dans la source d'ionisation sont ioni- duisent à une amélioration dans le « filtrage » du bruit chimique et
sées au cours d'une réaction exothermique de type ion-molécule dans l'obtention de plus faibles limites de détection. L'inconvénient
avec les ions réactifs du gaz d'ionisation selon : majeur réside, dans les deux cas, en la diminution potentielle de la
sensibilité de la technique, étant donné l'augmentation du nombre
GH+ + M → MH+ + G des étapes de sélection.
avec GH+ ion réactif du gaz d’ionisation, ■ Deux raisons principales ont conduit au développement de la
M molécule éluée dans la colonne. spectrométrie de masse tandem : le besoin d'obtenir plus rapide-
L'efficacité de cette réaction d'ionisation, proche de 1, est contrô- ment une information en réduisant le coût de l'analyse et le besoin
lée par les affinités protoniques du gaz réactif d'ionisation G et de la d'obtenir de meilleures limites de détection lors de l'analyse stan-
molécule M dès que cette réaction est exothermique. Utilisable éga- dard de matrices complexes où le produit recherché est mélangé à
lement en mode d'ionisation négatif, ce mode d'ionisation présente d'autres composés. La rapidité de l'analyse est principalement aug-
l'avantage de présenter un nombre réduit de fragmentations dans le mentée par la réduction du temps de préparation de l'échantillon et
spectre de masse obtenu et de fournir une information directe sur la l'élimination de l'étape de séparation chromatographique. Les
masse du composé M sous la forme d'un ion MH+ en mode positif échantillons sont directement introduits dans la source d'ionisation
ou [M−H]− en mode négatif. au moyen des systèmes classiques d'introduction directe qui pré-
sentent l'avantage d'élargir la gamme des techniques d'ionisation
accessibles par rapport au couplage CG/SM/SM. Les spectromètres
de masse utilisés en spectrométrie de masse tandem étant du
2.7.3 Ionisation par capture d'électrons
même type que ceux utilisés pour le couplage CG/SM/SM (excepté
pour les appareils à piégeage d'ions), les résultats attendus en ter-
L'ionisation par capture d'électrons est une méthode « douce » mes de sensibilité, de limites de détection et de résolution sont sem-
d'ionisation qui procède d'une interaction entre des électrons ther- blables. La spectrométrie de masse tandem trouve toutefois son
malisés en énergie cinétique et des molécules électrophiles. Ce prin- application principale dans la possibilité de dépistage rapide des
cipe, à la base du développement des détecteurs chromato- composés recherchés.
graphiques à capture d'électrons, a trouvé son application en spec-
trométrie de masse, tout particulièrement pour la détection de pro- ■ Les limitations rencontrées par la spectrométrie de masse tan-
duits contaminants dans les domaines de l'industrie alimentaire ou dem par rapport au couplage CG/SM/SM concernent la diminution
de l'environnement. Ce mode d'ionisation est accessible dans les de l'efficacité de l'ionisation des composés recherchés du fait de la
conditions de fonctionnement des sources d'ionisation chimique où présence de contaminants (effets de matrices). L'addition de stéa-
la pression à l'intérieur de la source atteint la gamme de pression de rate de butyle a ainsi révélé une nette décroissance de la valeur du
l’ordre de 1 millibar. Le mécanisme principal qui gouverne ce mode courant d'ions détectés lors de l'analyse de tétrachlorodibenzofura-
d'ionisation s'exprime par : nes en mode d'ionisation par impact électronique [1] [7].
MX + e− (thermalisé) → MX− Un autre désavantage lié à cet effet réside dans l'apparition
avec MX molécule à ioniser, d'interférences dans les spectres d'activation collisionnelle des ions
précurseurs des produits analysés, du fait de la modification de la
X atome électrophile. réactivité de l'ion précurseur sélectionné : ces interférences se mani-
Le courant d'électrons thermalisés en énergie est obtenu prati- festent par une variation des rapports d'intensité des ions observés
quement dans ces sources analytiques par interaction entre le cou- dans les spectres d'ions produits.
rant d'électrons émis par le filament et un gaz tel que le méthane à
une pression de l'ordre de 1 millibar et qui résulte en la formation de Dans ces deux cas, le couplage d'un chromatographe en phase
ces électrons secondaires à faible énergie. Bien que dépendant de gazeuse élimine ces interférences puisque chaque produit analysé
différents paramètres tels que la température de la source, le type présente un temps de rétention spécifique (séparation chromatogra-
de gaz utilisé, la quantité d'échantillon introduit ou la présence phique) et des mécanismes de fragmentation propres (SM/SM). La
d'oxygène qui peut conduire à l'apparition de réactions parasites, ce conséquence pratique qui en résulte est que, dans certains cas, du
mode d'ionisation s'est montré de deux à trois ordres de grandeur fait de ces phénomènes d'interférences, les limites de détection
plus sensible que les modes traditionnels d'ionisation positive [6]. attendues par l'utilisation de la spectrométrie de masse tandem sont
La sélectivité de l'ionisation par capture d'électrons trouve ainsi son moins performantes que dans le cas d'un couplage CG/SM/SM.
plein emploi dans la technique de couplage CG/SM/SM.
L'utilisation de la spectrométrie de masse tandem garde tou-
tefois l'avantage de la rapidité d'analyse par rapport au cou-
plage CG/SM/SM (puisque les étapes de préparation de l'échan-
3. Comparaison tillon sont réduites) et permet un diagnostic à moindre coût sur
la présence ou l'absence du produit recherché du fait de la rapi-
entre couplage CG/SM/SM dité de l'analyse.
et SM/SM
Les techniques de couplage CG/SM/SM et de spectrométrie de
masse tandem SM/SM présentent les critères de sensibilité et de 4. Exemple d’utilisation
sélectivité nécessaires pour l'analyse de traces. La stratégie adop-
tée, dans ces deux techniques, pour augmenter la sélectivité est
du couplage CG/SM/SM
similaire dans la mesure où l'ajout d'un filtre de masse supplémen-
taire (par rapport, respectivement, à la technique CG/SM dans le cas
du couplage CG/SM/SM et à la technique SM simple dans le cas de La caractérisation des tétrachlorobenzo-p-dioxines (TCDD) consti-
la spectrométrie de masse tandem) a pour but d'augmenter la discri- tue un exemple emblématique de l’utilisation potentielle de la
mination effective entre le signal correspondant au composé recher- CG/SM/SM.
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Le couplage CG/SM/SM s'inscrit dans cette seconde alternative détection de ce type de composés [13]. Un protocole analytique
dans la mesure où seules, l'utilisation d'une séparation chromato- ainsi développé sur la base d'une séparation chromatographique en
graphique et la dissociation par activation collisionnelle des ions phase gazeuse sur colonne capillaire suivie de l'analyse par spectro-
précurseurs des tétrachlorodibenzo-p-dioxines (généralement les métrie de masse tandem en mode positif de la dissociation de l'ion
ions de rapport m/z = 320 ou 322 sélectionnés pour contrôler la perte précurseur m/z = 322 de la 2,3,7,8-tétrachlorodibenzodioxine en son
de fragments Cl et de COCl) peuvent permettre de confirmer la pré- fragment [M−COCl]+ a permis d'obtenir des niveaux de détection
sence de cet isomère à un très faible niveau de détection. En effet, le proches de ceux précédemment signalés [14]. La question reste
spectre d'activation collisionnelle obtenu à partir de ces ions précur- ouverte sur la possibilité d'utilisation des appareils à piégeage
seurs, corrélé au contrôle des valeurs des rapports isotopiques sur d'ions pour la détection de ces composés dans le cas d'échantillons
les pics moléculaires, permet de lever l’ambiguïté sur l'interférence complexes.
possible de composés de masses moléculaires voisines qui ne pré-
senteront pas le même spectre d'ions produits ou présenteront un
spectre d'ions produits avec des pourcentages d'intensités diffé-
rents pour les pics caractéristiques.
Des exemples de détection de la 2,3,7,8-tétrachlorodibenzo-p-
5. Domaines d'applications
dioxine ont ainsi été étudiés en utilisant le couplage CG/SM/SM
avec des appareils de type triple quadripôle [11] [12] ou avec des
analytiques du couplage
appareils à secteurs où la technique d'activation collisionnelle est CG/SM/SM
utilisée pour confirmer les résultats obtenus par analyse de masse
en haute résolution [9].
Les récents développements instrumentaux dans la technologie Ce dernier paragraphe présente quelques exemples d'application
des appareils à piégeage d'ions qui rendent accessibles les balaya- du couplage CG/SM/SM dans les principaux domaines analytiques
ges de masse tandem SM/SM associés aux faibles coûts et à la où son utilisation s'est avérée nécessaire pour caractériser de façon
haute sensibilité de ces appareils ouvrent une nouvelle voie pour la irrévocable les échantillons analysés. Le tableau 3 rassemble ces
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exemples avec les limites de détection obtenues et les techniques étendu. Par conséquent, les exemples donnés ici ne prétendent pas
utilisées. Parmi les domaines concernés, ceux appartenant à l'indus- présenter une liste exhaustive des applications de cette technique
trie pétrolière, à la chimie de l'environnement et aux sciences léga- d’analyse pour la caractérisation de substances polluantes dans
les illustrent plus particulièrement les applications du couplage l’environnement.
CG/SM/SM.
■ Pour conclure, il convient de préciser que, dans les domaines
■ L’industrie pétrolière est, en effet, une industrie où la chromato- d’applications de l’industrie chimique, de l’industrie pharmaceuti-
graphie en phase gazeuse couplée à des systèmes de détections que et de l’analyse de produits naturels, les exemples d’utilisation
spécifiques et, en particulier, à la spectrométrie de masse est cou- du couplage CG/SM/SM sont moins nombreux. L’analyse de pro-
ramment utilisée pour caractériser les huiles, les distributions des duits naturels, par exemple, est rendue complexe par la diversité
composés à base d’hétéroatomes ou les distributions de biomar- des composés présents dans les échantillons analysés qui nécessi-
queurs. Le développement d’appareils CG/SM commerciaux « de tent, pour les rendre compatibles avec une séparation par chroma-
table » (benchtop), en réduisant le coût de l’investissement, a gran- tographie en phase gazeuse, une dérivatisation, étant donné le
dement facilité l’implantation de cette technique comme technique caractère polaire et peu volatile de ces composés. La spectrométrie
de routine. Le couplage CG/SM ne suffit cependant pas pour diffé- de masse tandem offrira par conséquent plus d’exemples d’applica-
rencier des composés biomarqueurs qui peuvent résulter de trans- tions dans ce domaine que le couplage CG/SM/SM, un choix plus
formations chimiques à partir d’un précurseur commun. La large étant offert en termes de méthodes d’ionisation par la possibi-
caractérisation précise de ces biomarqueurs présente pourtant un lité d’introduire directement l’échantillon dans la source d’ionisation
réel intérêt pour sonder, contrôler ou déterminer l’origine d’échan- de l’appareil. Le lecteur intéressé par tous ces domaines d’applica-
tillons pétroliers. La spectrométrie de masse tandem a ainsi permis tions sera renvoyé aux publications relatives à celles-ci et, plus par-
de développer de nouvelles méthodes d’investigation et d’étendre ticulièrement, à la revue « Applications » publiée tous les deux ans
la gamme de masse accessible pour la caractérisation de ces com- par la Société américaine de chimie [20].
posés. Mais c’est le couplage CG/SM/SM qui donne les meilleurs
résultats, du fait de la séparation chromatographique des différen-
tes familles de composés. Les différentes familles de ces biomar-
queurs présentent des squelettes carbonés identiques qui
conduisent, dans leurs spectres de masse en mode d’ionisation par 6. Conclusion et perspectives
impact électronique, à des ions caractéristiques de ces structures.
L’utilisation, lors du couplage CG/SM/SM, des techniques de « single
ion monitoring » (SIM) ou de « multiple reaction monitoring » Il est difficile de rendre compte de façon exhaustive de l’évolution
(MRM) permet, en fixant les rapports m/z des ions moléculaires pré- d’une technique aussi spécifique que le couplage CG/SM/SM dont le
curseurs et de l’ion produit attendu pour une famille donnée, de développement porte sur une vingtaine d’années. Il est clair toute-
résoudre en tout ou en partie les homologues et isomères de ces fois que les efforts développés par les constructeurs, associés aux
composés présents dans un échantillon de pétrole brut [15]. De études fondamentales menées par quelques laboratoires universi-
façon similaire, les spectres d’ions précurseurs ou d’ions produits taires spécialisés, ont permis la maîtrise totale de cette technique et
permettent la caractérisation à l’état de traces de biomarqueurs ont conduit à son implantation dans la plupart des laboratoires tra-
d’une famille donnée, et l’introduction d’un étalon interne marqué vaillant dans le domaine de l’analyse et de la caractérisation de tra-
conduit à la quantification précise de ces différents biomarqueurs ces. Les prochaines années verront raisonnablement augmenter, de
[15]. façon significative, le nombre de publications relatives à l’utilisation
du couplage CG/SM/SM dans des domaines de plus en plus variés.
■ Les exemples d’applications du couplage CG/SM/SM dans le Plusieurs axes de développement sont susceptibles de connaître un
domaine des sciences légales concernent plus particulièrement la essor particulièrement important :
caractérisation de produits dopants, de poisons et de drogues illici- — le premier concerne les appareils à piégeage d’ions qui, étant
tes. L’utilisation de stimulants tels que la pémoline, la propylhéxé- donné leur faible coût, leur très bonne sensibilité, leur facilité d’uti-
drine ou de stéroïdes anabolisants a ainsi été mise en évidence par lisation en termes de maintenance et la performance des outils
la détection des ions produits caractéristiques de ces produits dans informatiques les contrôlant devraient voir leur implantation aug-
des prélèvements d’échantillons d’urines [16]. Des dérivés métabo- menter de façon très significative ;
liques de la cocaïne, d’opiacés, d’amphétamines ou du LSD (acide
diéthylamide lysergique) sont caractérisés par dérivatisation et — le deuxième porte sur l’évolution des techniques de séparation
séparation chromatographique sur colonne capillaire après prélève- chromatographique en phase gazeuse qui conduit au développe-
ments d’échantillons de sang, d’urines ou de cheveux [17]. La détec- ment de méthodes permettant la réduction des temps de séparation
tion de composés toxiques potentiellement utilisés comme armes [35], ce qui présente un intérêt évident pour l’utilisation du couplage
chimiques (sarin, soman, gaz moutarde, composés irritants) est CG/SM/SM ;
effectuée à des limites de l’ordre de la centaine de picogrammes — enfin, les analyseurs de masse à temps de vol (TOF-MS pour
dans des prélèvements de gaz contenant des substances interféren- l’abréviation anglo-saxonne), qui n’ont pas été abordés ici, sont sus-
tes telles que celles provenant d’émissions de moteurs Diesel [18] ceptibles d’être au centre des futurs développements instrumentaux
[19]. pour le couplage de la chromatographie en phase gazeuse à la spec-
trométrie de masse, étant donné leurs propriétés de balayage, à
■ Le domaine de la chimie de l’environnement est certainement même d’éliminer les facteurs limitant l’optimisation de la sensibilité
celui pour lequel l’utilisation du couplage CG/SM/SM est le plus de la détection lors de ce couplage.
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