Chimie organique/Spectrométrie de masse

Un spectromètre de masse est un appareil capable de reconnaître des molécules, une sorte de « nez électronique ».

Pour cela, il transforme des molécules en fragments projectiles (en les ionisant puis en les accélérant avec des champs électrique et champ magnétique) qui se déplaçant sous vide déduisant les masses des fragments à partir de leurs trajectoires. Un spectromètre comporte donc une cellule d'ionisation suivie d'un filtrage soit par temps de vol, soit par courbure de trajectoire, et finalement d'un « compteur » permettant de mesurer le spectre des masses des molécules issues du composé à analyser.

En biologie, les molécules sont grosses et il faut donc les fractionner et trier les fragments en fonction de leurs masses, puis éventuellement de nouveau fractionner les fragments et en trier les fragments en fonction de leurs masses. Il commence à y avoir des spectromètres couplés avec des appareils d'électrophorèse.

La spectrométrie de masse permet l’identification de molécules d’intérêt en en analysant les différents constituants. Après ionisation de la molécule, cette technique utilise les champs électriques et magnétiques afin de les classer en fonction de leur rapport masse (M)/charge (z).

Le spectromètre de masse se compose de trois parties :

• La source : où les molécules d’intérêt sont ionisées. En protéomique, seuls le MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation), le SELDI (Surface Enhanced Laser Desorption/Ionisation) et l’ESI (ElectroSpray Ionisation) sont utilisés.
• L’analyseur : où les ions sont triés en fonction de leur rapport masse (M) / charge (z) par l’application d’un champ magnétique et/ou électrique. Sont utilisés (en protéomique ou ailleurs) : la trappe à ions (IT), le temps de vol (TOF), le quadrupôle (MS ou Q), les trappes d'ions linéaires (LIT, pour Linear Ion Traps).
• Le détecteur et l’enregistreur : le détecteur collectera les ions qui arriveront à des temps différents en fonction de leur rapport M / z. L’enregistreur convertira les informations en spectre de masse.

En comparant les spectres obtenus avec des spectres références, on peut déterminer la nature et la composition de la molécule recherchée.

Spectrométrie à temps de vol

La spectrométrie à temps de vol consiste à mesurer le temps que met un ion à parcourir une distance donnée, donc de déterminer sa vitesse.

La vitesse permet de déterminer l'énergie cinétique, et si l'on connaît la charge, on peut déterminer la masse. En effet, l'énergie cinétique vaut

$E_{c}={\frac {1}{2}}\cdot m\cdot v^{2}$

m étant la masse et v la vitesse. Par ailleurs, un ion de charge z soumis a une tension accélératrice V gagne une énergie cinétique

$E_{c}=z\cdot e\cdot V$

e étant la charge élémentaire.

La masse et la charge sont des caractéristiques de l'ion qui permettent de déterminer sa nature avec peu d'ambiguité.

Spectrométrie à courbure de trajectoire

L'ion est éjecté dans un milieu dans lequel règne un champ magnétique uniforme perpendiculaire au plan de la trajectoire. Du fait de la force de Lorentz, la trajectoire se courbe, et le point d'impact de l'ion (donc sa déviation) permet de connaître sa masse à partir de la charge.