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Alexis St-Gelais – Vulgarisation

Le dernier billet s’attardait à une première méthode de détection en GC fréquemment utilisée, le FID. Un autre détecteur est largement utilisé pour l’analyse des composés volatils, y compris chez PhytoChemia : il s’agit du spectromètre de masse (MS).

Contrairement au FID, le MS est un détecteur complexe. Typiquement en GC-MS (bien que d’autres modes existent), lorsqu’un composé à analyser entre dans le détecteur, il est d’abord soumis à un courant électrique puissant qui le brise en fragments chargés électriquement. Un flux de gaz transporte ensuite ces fragments entre une série d’aimants générant un champ magnétique. Le champ magnétique peut attirer le fragment vers les parois, où il est neutralisé, ou plutôt le diriger vers le détecteur qui émet un signal électrique. Plus il y a de fragments, plus le signal est intense. Selon la fréquence du champ magnétique, des fragments plus ou moins lourds seront sélectionnés pour franchir l’aimant, et leur masse atomique sera donc connue. Comme le champ magnétique oscille très rapidement, le détecteur réalise un balayage complet des fragments pour toutes les masses atomiques recherchées plusieurs fois par seconde.

En GC-MS, le chromatogramme tracé (figure 1) est une somme de tous les ions détectés à un moment précis. En tout point, le spectre peut être inspecté pour en extraire la distribution des masses des ions détectés.

Figure 1. Données obtenues lors d'une analyse par GC-MS. En haut, le chromatogramme, qui est une somme du nombre d'ions détectés à un moment donné. En bas, le spectre de masse extrait à 43.74 minutes, qui donne la distribution des masses des ions détectés. Ce spectre permet d'identifier le pic du chromatogramme comme correspondant au longifolène.

Figure 1. Données obtenues lors d’une analyse par GC-MS. En haut, le chromatogramme, qui est une somme du nombre d’ions détectés à un moment donné. En bas, le spectre de masse extrait à 43.74 minutes, qui donne la distribution des masses des ions détectés. Ce spectre permet d’identifier le pic du chromatogramme comme correspondant au longifolène.

Il faut garder en tête que lorsqu’un composé atteint le détecteur, ce sont en fait des milliards de milliards de molécules qui sont fragmentées simultanément. La fragmentation ne se fait pas purement au hasard : certains liens chimiques entre les atomes sont plus faciles à briser que d’autres. Sur plusieurs milliards de fragmentations simultanées, les fragments qui résultent de la coupure de ces liens plus faibles seront donc produits plus souvent. À l’inverse, les fragmentations exigeant plus d’énergie sont défavorisées, et se produiront moins souvent. Bref, le spectre de masse ci-haut est une distribution statistique : les fragments dont l’intensité est la plus forte sont ceux qui sont le plus souvent observés lorsqu’on brise une grande population de molécules du composé analysé. Il en résulte une « empreinte digitale » qui est relativement caractéristique pour un composé chimique donné.

Cette empreinte, appelée spectre de masse, peut être comparée à des banques de données. Celles-ci comparent le spectre observé avec des milliers de spectres de référence, et identifient les structures moléculaires les plus susceptibles de correspondre à ce qui est observé. Bref, le MS est un puissant outil d’identification des composés : c’est sa principale utilisation. Ainsi, lorsque nous faisons face à une huile essentielle dans laquelle nous ne parvenons pas à identifier toutes les molécules par nos méthodes habituelles (un prochain billet expliquera cette technique), l’utilisation du MS permet souvent de résoudre le problème.

Il faut toutefois faire attention à certains écueils. En effet, deux composés chimiques différents peuvent produire des spectres de masse très similaires. Une banque de données de spectres de masse ne doit jamais être utilisée sans recul critique. Il arrive aussi qu’une molécule ne fasse pas partie des banques de données. Ces dernières ne sont jamais entièrement complètes, et il arrive aussi que l’on tombe tout bonnement sur des molécules n’ayant jamais été identifiées auparavant (ce qui présuppose que des travaux de recherche sont requis si on souhaite en connaître la structure). Ainsi, l’interprétation sérieuse d’une analyse par MS implique la consultation de la littérature et l’utilisation concurrente des indices de rétention (voir leprochain billet), afin d’éviter toute confusion.

Bref, la détection par MS permet en général d’améliorer la proportion de composés identifiés dans une huile essentielle ou un autre mélange de produits volatils, et fournit beaucoup d’informations sur la structure des molécules. Elle est donc une alliée précieuse du chimiste, mais doit être utilisée avec précaution.

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