La spectrométrie de masse (MS) est une technique de laboratoire analytique pour séparer les composants d'un échantillon par leur Masse et la charge électrique. L'instrument utilisé en MS est appelé spectromètre de masse. Il produit un spectre de masse qui trace le rapport masse / charge (m / z) des composés dans un mélange.
Fonctionnement d'un spectromètre de masse
Les trois parties principales d'un spectromètre de masse sont les ion source, l'analyseur de masse et le détecteur.
Étape 1: Ionisation
L'échantillon initial peut être un solide, un liquide ou un gaz. L'échantillon est vaporisé dans un gaz puis ionisé par la source d'ions, généralement en perdant un électron pour devenir un cation. Même les espèces qui forment normalement des anions ou qui ne forment habituellement pas d'ions sont converties en cations (par exemple, les halogènes comme le chlore et les gaz nobles comme l'argon). La chambre d'ionisation est maintenue sous vide afin que les ions produits puissent progresser à travers l'instrument sans se heurter aux molécules de l'air. L'ionisation provient des électrons qui sont produits en chauffant une bobine métallique jusqu'à ce qu'elle libère des électrons. Ces électrons entrent en collision avec des molécules échantillons, faisant tomber un ou plusieurs électrons. Puisqu'il faut plus d'énergie pour éliminer plus d'un électron, la plupart des cations produits dans la chambre d'ionisation portent une charge +1. Une plaque métallique chargée positivement pousse les ions d'échantillon vers la partie suivante de la machine. (Remarque: de nombreux spectromètres fonctionnent en mode ion négatif ou en mode ion positif, il est donc important de connaître le réglage afin d'analyser les données.)
Étape 2: Accélération
Dans l'analyseur de masse, les ions sont ensuite accélérés à travers une différence de potentiel et concentré dans un faisceau. Le but de l'accélération est de donner à toutes les espèces la même énergie cinétique, comme démarrer une course avec tous les coureurs sur la même ligne.
Étape 3: déflexion
Le faisceau ionique traverse un champ magnétique qui plie le flux chargé. Des composants plus légers ou des composants avec plus de charge ionique fléchiront sur le terrain plus que des composants plus lourds ou moins chargés.
Il existe plusieurs types d'analyseurs de masse. Un analyseur de temps de vol (TOF) accélère les ions au même potentiel et détermine ensuite combien de temps il leur faut pour atteindre le détecteur. Si toutes les particules commencent avec la même charge, la vitesse dépend de la masse, les composants les plus légers atteignant le détecteur en premier. D'autres types de détecteurs mesurent non seulement le temps nécessaire à une particule pour atteindre le détecteur, mais combien il est dévié par un champ électrique et / ou magnétique, produisant des informations en plus de Masse.
Étape 4: Détection
Un détecteur compte le nombre d'ions à différentes déflexions. Les données sont tracées sous forme de graphique ou de spectre de différentes masses. Les détecteurs fonctionnent en enregistrant la charge ou le courant induit provoqué par un ion frappant une surface ou passant. Comme le signal est très petit, un multiplicateur d'électrons, une tasse de Faraday ou un détecteur ion-photon peut être utilisé. Le signal est fortement amplifié pour produire un spectre.
Utilisations de la spectrométrie de masse
MS est utilisé pour l'analyse chimique qualitative et quantitative. Il peut être utilisé pour identifier les éléments et les isotopes d'un échantillon, pour déterminer les masses de molécules et comme outil pour aider à identifier les structures chimiques. Il peut mesurer la pureté de l'échantillon et la masse molaire.
Avantages et inconvénients
Un grand avantage de la spécification de masse par rapport à de nombreuses autres techniques est qu'elle est incroyablement sensible (parties par million). C'est un excellent outil pour identifier les composants inconnus dans un échantillon ou confirmer leur présence. Les inconvénients de la spécification de masse sont qu'elle n'est pas très bonne pour identifier les hydrocarbures qui produisent des ions similaires et qu'elle est incapable de distinguer les isomères optiques et géométriques. Les inconvénients sont compensés en combinant la SP avec d'autres techniques, comme la chromatographie en phase gazeuse (GC-MS).