Chapitre 16
Spectrométrie de masse
La spectrométrie de masse (SM) désigne une méthode de caractérisation de la matière
qui repose sur la détermination des masses atomiques ou moléculaires des espèces individuelles présentes dans l’échantillon. Les instruments correspondants sont les spectromètres
de masse qui se répartissent en cinq catégories suivant leur conception. Certains dérivent
des montages mis au point au début du siècle pour l’étude des particules ou des atomes
ionisés soumis à un champ magnétique, tandis que d’autres font appel aux seuls champs
électriques tels les « bench-top » souvent placés en aval d’une technique séparative (chromatographie par exemple). Les perfectionnements de ces appareils, leur miniaturisation
ainsi que l’apparition de nouvelles techniques d’ionisation, ont fait de cette méthode celle
qui a le plus vaste champ d’application par sa polyvalence et par son extrême sensibilité.
Elle est présente dans des secteurs très divers : chimie organique et inorganique, biochimie, chimie clinique et environnementale, géochimie. Elle sert à toutes sortes d’analyses
dans le but de déterminer la nature, la composition et même la structure éventuellement
d’échantillons divers pour le respect des réglementations et dans l’industrie en général.
16.1 PRINCIPE DE BASE
La spectrométrie de masse est basée sur la détermination des masses des molécules ou
atomes présents dans l’échantillon étudié. Pour arriver à ce résultat, on commence par
transformer une très petite quantité du composé à analyser en ions par un moyen adapté
(bombardement avec des électrons, des atomes, des photons...). Ces ions sont alors soumis,
sous un très bon vide, à l’action d’un champ électrique et /ou magnétique selon les cas.
Les forces qui s’exercent sur ces ions permettent de déterminer leur rapport masse /charge,
donc éventuellement leur nature.
À titre d’exemple, si l’on ionise, par un bombardement d’électrons, un échantillon de méthanol (CH 3 OH) passé à l’état de gaz, une petite fraction des molécules est transformée en
espèces porteuses de charges, parmi lesquelles les ions positifs CH 3 OH
+ . Ces ions, formés dans un état excité, disposent d’un surplus d’énergie ce qui provoque pour beaucoup
d’entre eux leur fragmentation quasi immédiatement. Tous, cependant, ne se dissocient pas
de la même façon, si bien qu’il se forme toute une collection d’ions de masses inférieures à
celle des molécules de méthanol de départ. D’une manière générale, ces fragments, nés de
coupures de liaisons et de réactions de réarrangement subséquentes, sont porteurs d’informations sur la molécule initiale (fig. 16.1a).
Spectrométrie de masse
La spectrométrie de masse (SM) désigne une méthode de caractérisation de la matière
qui repose sur la détermination des masses atomiques ou moléculaires des espèces individuelles présentes dans l’échantillon. Les instruments correspondants sont les spectromètres
de masse qui se répartissent en cinq catégories suivant leur conception. Certains dérivent
des montages mis au point au début du siècle pour l’étude des particules ou des atomes
ionisés soumis à un champ magnétique, tandis que d’autres font appel aux seuls champs
électriques tels les « bench-top » souvent placés en aval d’une technique séparative (chromatographie par exemple). Les perfectionnements de ces appareils, leur miniaturisation
ainsi que l’apparition de nouvelles techniques d’ionisation, ont fait de cette méthode celle
qui a le plus vaste champ d’application par sa polyvalence et par son extrême sensibilité.
Elle est présente dans des secteurs très divers : chimie organique et inorganique, biochimie, chimie clinique et environnementale, géochimie. Elle sert à toutes sortes d’analyses
dans le but de déterminer la nature, la composition et même la structure éventuellement
d’échantillons divers pour le respect des réglementations et dans l’industrie en général.
16.1 PRINCIPE DE BASE
La spectrométrie de masse est basée sur la détermination des masses des molécules ou
atomes présents dans l’échantillon étudié. Pour arriver à ce résultat, on commence par
transformer une très petite quantité du composé à analyser en ions par un moyen adapté
(bombardement avec des électrons, des atomes, des photons...). Ces ions sont alors soumis,
sous un très bon vide, à l’action d’un champ électrique et /ou magnétique selon les cas.
Les forces qui s’exercent sur ces ions permettent de déterminer leur rapport masse /charge,
donc éventuellement leur nature.
À titre d’exemple, si l’on ionise, par un bombardement d’électrons, un échantillon de méthanol (CH 3 OH) passé à l’état de gaz, une petite fraction des molécules est transformée en
espèces porteuses de charges, parmi lesquelles les ions positifs CH 3 OH
+ . Ces ions, formés dans un état excité, disposent d’un surplus d’énergie ce qui provoque pour beaucoup
d’entre eux leur fragmentation quasi immédiatement. Tous, cependant, ne se dissocient pas
de la même façon, si bien qu’il se forme toute une collection d’ions de masses inférieures à
celle des molécules de méthanol de départ. D’une manière générale, ces fragments, nés de
coupures de liaisons et de réactions de réarrangement subséquentes, sont porteurs d’informations sur la molécule initiale (fig. 16.1a).