Les sources et les analyseurs rencontrés en GC/MS et LC/MS

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1 Les sources et les analyseurs rencontrés en GC/MS et LC/MS

2 Les sources d’ions

3 Pourquoi le vide dans un spectromètre de masse?
1 √2 π n σ 2 Libre parcours moyen: L= n = nbre molécule par cm3 σ = diamètre de collision L P 1 m 6, bars (10-7 atm) Quadripôle, source EI 0,1 mm 6, bars (10-3 atm) Source CI

4 Le couplage chromato/masse: comment éliminer l’éluant
Volume d’éluant à éliminer GC: 1ml/min gaz (1 atm) → 167 l/sec (10-7 atm) HPLC: 1ml/min liquide → l/sec (gaz; 10-7 atm) GC → EI , CI HPLC → APCI , ESI

5 Couplage GC/MS Open split GC MS He Sortie GC 1 atm
P source limitée par L et Ø capillaire Échantillon / éluant : 1/100

6 Impact électronique (GC)
Pusher Chambre d’ionisation (10-3 Pa) Entrée échantillon gazeux Faisceau d’électron Anode (décharge des électrons) Filament Lentilles d’extraction et de focalisation Vers l’analyseur

7 EI: réactions M + e- → M•+ + 2 e- Ionisation Fragmentation
Ions instables (<10-8 sec) → détection fragments Ions métastables → non détectés Ions stables (>10-6 sec) → détection ion parent

8 EI: caractéristiques La plus courante Spectres reproductibles
Chimie bien décrite

9 EI: influence sur l’analyse
Radical-cation moléculaire Fragmentation et réarrangements Informations structurales Ion moléculaire de faible intensité Bases de données Généralement <1000 Da

10 EI : exemple de spectre

11 Ionisation chimique (GC)
Pusher Chambre d’ionisation (10 Pa) Entrée échantillon gazeux + gaz ionisant Faisceau d’électron Anode (décharge des électrons) Filament Lentilles d’extraction et de focalisation Vers l’analyseur

12 CI: gaz ionisants CH4 + e- → CH4•+ + 2 e- CH4•+ + CH4 → CH3• + CH5+
NH3•+ + NH3 → NH2• + NH4+ M + H+ → MH+ N2O + e- → N2O•- N2O•- + CH4 → N2 + CH3• + OH- MH + OH- → M-

13 CI: caractéristiques Plus doux (vs EI) Ions positifs ou négatifs
Adduits Résultats fonction du gaz ionisant

14 CI: influence sur l’analyse
Ion pseudomoléculaire mieux marqué (vs EI) Spectre plus simple (vs EI) Généralement <1000 Da

15 CI: exemple de spectre

16 Comparaison EI/CI EI CI

17 Couplage LC/MS Analytes peu volatils Suppression de l’éluant
Sensibilité

18 Ionisation chimique à pression atmosphérique (LC)
Échantillon + solvant Gaz nébuliseur Chauffage N2 Spray Pusher Vers l’analyseur Décharge Corona 105 Pa 10-3 Pa

19 APCI: caractéristiques
Évaporation du solvant Solvant comme gaz ionisant

20 APCI: influence sur l’analyse
Méthode particulièrement douce Convient aux analytes moins polaires (vs ESI) Généralement <2000 Da

21 APCI: exemple de spectre

22 Electrospray (LC) Échantillon + solvant 3 – 6 kV Gouttelette
- + - Échantillon + solvant + 3 – 6 kV Gouttelette multichargée N2 Évaporation du solvant + + Explosion coulombique + + Vers l’analyseur Ions

23 ESI: ions multichargés
824.9 Deux pics successifs: M est accessible par calcul 883.8 intensité 824.9 = M + (n+1) (n+1) 883.8 = M + n n m/z 12 359 intensité M = (n = 14) m

24 ESI: caractéristiques
Désorption d’ions préexistants (complémentarité avec APCI) Ions multichargés Pics calculés Background faible (sauf contamination ions alcalins ou bases) Courant ionique faible

25 ESI: influence sur l’analyse
Analytes chargés, basiques ou polaires Difficulté de calcul pour analytes complexes Généralement < Da

26 ESI: exemple de spectres
Enolase Cyt C

27 Récapitulatif Neutre Polaire Ionique 101 102 103 104 105 GC/MS APCI
ESI

28 Les analyseurs

29 Quadripôles

30 Quadripôles: Principe de séparation
X Y r0 -F0 +F0 +F0 -F0 F0 = U + V cos wt DC RF

31 Quadripôles: balayage U/V
m1 m2 m3 m1 < m2 <m3 U

32 Quadripôles: Avantages et limitations
Effet lentille MS2 Balayage (seconde) < 4000 da Résolution = 2000

33 Ion trap

34 Ion trap Principe de séparation
RF seule (1,1 MHz, 500V) RF + AC superposée (160 kHz, 12V)

35 Ion trap Principe de séparation

36 Ion trap Avantages et limitations
Limite de détection: attomole Vide faible < 6000 Da Résolution 4000 MSn (temporel)

37 Analyseurs à temps de vol

38 TOF principe de séparation
Détecteur impulsion z e V = 1 2 m v2 t = d v = d m 2 z e V

39 TOF Différences de vitesse initiale
m/z identique Ec différent - + v1 v1 v2 v1 v2 v2 Détecteur Réflectron

40 TOF Accélération orthogonale
Pusher 0 V + - -- --- Source continue Analyseur pulsé

41 TOF Avantages et limitations
Vitesse (milliseconde) Transmission (analyse vs échantillonnage) < Da Résolution = 5 000 (avec réflectron: )

42 Récapitulatif Limite en masse Résolution (m/z = 1000) Particularité
Quadripôles 4000 3000 Scan rapide Ion trap 6000 Vide faible TOF 5000 Pulsé

43 La fragmentation par CID

44 Le quadripôle comme chambre de collision
V m1 m2 m3 m1 < m2 <m3 U

45 Conditions de collision
Gaz inerte et lourd 10-14 sec Jusqu’à 3 eV (env. 300 kJ/mol) → Fragmentation monomoléculaire

46 Fragmentation des radicaux-cations
Dissociation directe (σ) 57 45 102 Charge sur l’atome le plus ionisable Radical sur l’atome le plus électronégatif

47 Fragmentation des radicaux-cations
Rupture α 87 101 116 → Perte de la chaîne la plus longue

48 Compétition σ - α Br, Cl < R, π, S, O < N σ α

49 Réarrangements Mc Lafferty

50 En règle générale Les radicaux ions se fragmentent
En rompant les liaisons les plus faibles De manière à former les fragments les plus stables

51 Fragmentation des cations
Rupture d’une liaison et migration de charge Rupture d’une liaison, cyclisation et migration de la charge Rupture de 2 liaisons et rétention de la charge Rupture de 2 liaisons, réarrangement et rétention de la charge 61 43 157 100

52 Balayages typiques Q1 Q2 Q3 Observation Q1 Q2 Q3 Balayage TIC Fixe SIM
Fragmentation Ions fragments Ions parents Balayage décalé Perte de neutre / SRM