La spectrométrie de masse est une technique d’analyse très répandue dans les domaines de la chimie, de la biologie et de la médecine. Elle permet de déterminer la composition d’un échantillon en mesurant les rapports masse/charge des ions qui le composent.
Principes de base de la spectrométrie de masse
Le principe général de la spectrométrie de masse consiste à ioniser les molécules et les atomes d’un échantillon pour ensuite les séparer en fonction de leur rapport masse/charge (m/z) dans un champ électrique ou magnétique. Les ions ainsi séparés sont détectés et analysés pour fournir des informations sur la nature et la concentration des espèces présentes dans l’échantillon.
Ionisation
L’étape d’ionisation permet de transformer les molécules et les atomes en ions, ce qui facilite leur manipulation et leur détection. Plusieurs méthodes d’ionisation existent, parmi lesquelles :
- l’ionisation par impact électronique : les molécules ou les atomes sont bombardés par des électrons à haute énergie, ce qui provoque leur ionisation ;
- l’ionisation chimique : des réactions avec un gaz ionisant entraînent l’ionisation des espèces analysées ;
- l’ionisation par laser : un faisceau laser ionise les espèces analytiques par absorption d’énergie.
Certaines méthodes sont plus douces que d’autres, permettant de préserver l’intégrité des molécules analysées.
Séparation des ions
Une fois ionisés, les ions doivent être séparés en fonction de leur rapport m/z. Cette séparation peut être réalisée à l’aide d’un analyseur à champ magnétique ou électrique, qui agit comme un filtre en laissant passer uniquement certaines valeurs de m/z :
- le secteur magnétique : les ions sont soumis à un champ magnétique, ce qui provoque une déviation de leur trajectoire proportionnelle à leur rapport m/z ;
- l’analyseur quadripolaire : les ions passent à travers un dispositif constitué de quatre électrodes soumises à un champ électrique oscillant, ne laissant passer que certaines valeurs de m/z ;
- le temps de vol : les ions sont accélérés dans un tube où ils voyagent à une vitesse proportionnelle à leur rapport m/z, puis leur temps de vol est mesuré pour déterminer leur masse.
Détection des ions
Les ions séparés sont ensuite détectés et comptés, généralement à l’aide d’un détecteur à amplification électronique. L’intensité du signal obtenu pour chaque valeur de m/z est proportionnelle au nombre d’ions présents dans l’échantillon.
Applications de la spectrométrie de masse
La spectrométrie de masse est utilisée dans un grand nombre de disciplines pour analyser des échantillons complexes et obtenir des informations sur leur composition, leur structure et leurs interactions :
Chimie organique et inorganique
En chimie organique, la spectrométrie de masse permet d’identifier des molécules en déterminant leur masse moléculaire et en étudiant les fragments résultant de leur ionisation. Elle peut également être utilisée pour vérifier la pureté d’un composé ou pour doser une espèce chimique dans un mélange complexe.
En chimie inorganique, elle sert notamment à étudier les isotopes et à quantifier les éléments présents dans un matériau (par exemple, lors de l’analyse d’une météorite).
Biologie et médecine
La spectrométrie de masse est largement employée en biologie pour l’étude des protéines, des peptides, des lipides, des glucides et des acides nucléiques. Elle permet de caractériser leur masse, leur séquence et leur structure secondaire et tertiaire.
Au niveau médical, elle est utilisée pour la détection précoce de biomarqueurs de maladie, le suivi thérapeutique et l’analyse pharmacocinétique de médicaments.
Techniques associées à la spectrométrie de masse
Pour améliorer la sensibilité et la résolution de l’analyse, la spectrométrie de masse peut être couplée à d’autres techniques :
Chromatographie en phase gazeuse (GC-MS) ou liquide (LC-MS)
La chromatographie permet de séparer les espèces chimiques d’un échantillon avant leur analyse par spectrométrie de masse. Le couplage GC-MS ou LC-MS augmente la sensibilité et la résolution de l’analyse et facilite l’identification des composés présents.
Spectrométrie de masse en tandem (MS/MS ou MS^n)
La spectrométrie de masse en tandem consiste à réaliser plusieurs étapes de spectrométrie de masse successives, avec des fragmentation intermédiaires des ions. Cette technique offre une meilleure identification des molécules et une plus grande précision dans la détermination des concentrations.
Les avantages de la spectrométrie de masse
La spectrométrie de masse est une méthode d’analyse très performante offrant plusieurs avantages :
- Extrême sensibilité : elle permet de détecter des quantités infimes de matière (jusqu’à quelques attomoles) ;
- Haute résolution : de nombreux spectromètres de masse modernes peuvent distinguer des ion ayant des rapports de m/z très proches les uns des autres;
- Rapidité : certaines analyses peuvent être réalisées en quelques millisecondes ;
- Versatilité : la spectrométrie de masse peut être utilisée pour analyser une grande diversité d’échantillons, et couplée à différentes méthodes d’ionisation ou de séparation.
