Chromatographie en phase gazeuse-Spectrométrie de masse

Exemple d'un appareil GC-MS

La chromatographie en phase gazeuse couplé à la spectrométrie de masse (en anglais Gas chromatography-mass spectrometry ou GC-MS) est une méthode d'analyse qui combine les performances de la chromatographie en phase gazeuse et de la spectrométrie de masse afin d'identifier et/ou de quantifier précisément de nombreuses substances. Les applications de la GC/MS comprennent le dosage de médicaments ou de stupéfiants, l'analyse environnementale, la médecine légale et l'identification de toutes substances inconnues même sous forme de traces. La GC-MS est d'ailleurs présentée comme étant le « gold standard » des analyses en médecine légale.

Histoire

L'utilisation d'un spectromètre de masse comme détecteur en chromatographie en phase gazeuse a été développée dans les années 1950 par Roland Gohlke et Fred McLafferty^[1],[2]. Ces premiers dispositifs sensibles étaient encombrants, fragiles et initialement limités aux laboratoires qui les développaient. L'apparition d'ordinateurs abordables et miniaturisés a contribué à la simplification de l'utilisation de cet appareil et permis de grandes améliorations dans le temps qu'il faut pour analyser un échantillon.En 1996, une unité GC-MS haut de gamme et à grande vitesse, a terminé l'analyse de produits accélérateurs d'incendie en moins de 90 secondes, alors qu'avec la première génération de GC-MS, il aurait fallu au moins 16 minutes. Cela a conduit à leur adoption généralisée dans de nombreux domaines.

Conception

Articles principaux : Chromatographie en phase gazeuse et Spectrométrie de masse.

L'intérieur d'un GC-MS, avec la colonne de chromatographie en phase gazeuse dans le four sur la droite.

Une unité GC-MS est composée de deux blocs principaux: un chromatographe en phase gazeuse et un spectromètre de masse. Le chromatographe en phase gazeuse utilise une colonne capillaire qui dépend des dimensions de la colonne (longueur, diamètre, épaisseur du film) ainsi que les propriétés de la phase (par exemple 5% phényl polysiloxane). La différence des propriétés chimiques entre les différentes molécules dans un échantillon les sépare quand celui-ci se déplace le long de la colonne. Les molécules prennent différents temps (appelé temps de rétention) pour sortir (éluer) du chromatographe en phase gazeuse, ce qui permet au spectromètre de masse en aval de capturer, ioniser, accélérer, dévier et de détecter les molécules ionisées séparément. Le spectromètre de masse brise pour cela chaque molécule en fragments ionisés et détecte ces fragments en fonction de leur rapport masse sur charge.

GC-MS schématique

Ces deux composantes utilisées ensemble, permettent à un degré beaucoup plus fin, l'identification d'une substance que chaque unité utilisée séparément. Il n'est pas possible de procéder à une identification précise d'une molécule particulière par chromatographie en phase gazeuse ou par spectrométrie de masse seule. Le processus de la spectrométrie de masse nécessite normalement un échantillon très pur tandis que la chromatographie en phase gazeuse avec un détecteur traditionnel (par exemple, un détecteur à ionisation de flamme) détecte les multiples molécules qui arrivent en même temps à la sortie de la colonne (c'est-à-dire le même temps de rétention) ce qui peut arriver avec un échantillon de deux ou plusieurs molécules à co-éluer. Parfois, deux molécules différentes peuvent également avoir un ensemble similaire de fragments ionisés dans un spectromètre de masse (même spectre de masse). En combinant les deux analyses, il est extrêmement peu probable que deux molécules différentes se comportent de la même façon dans les deux appareils. Par conséquent, quand un spectre de masse identifiant apparaît à un temps de rétention caractéristique dans une analyse GC-MS, il affirme généralement avec une plus grande certitude que la molécule identifiée est dans l'échantillon.

Notes

1. ↑ (en) Roland S. Gohlke, « Time-of-Flight Mass Spectrometry and Gas-Liquid Partition Chromatography », dans Analytical Chemistry, vol. 31, n^o 4, avril 1959, p. 535-541 (ISSN 0003-2700) [lien DOI] 
2. ↑ (en) Roland S. Gohlke et Fred W. McLafferty, « Early gas chromatography/mass spectrometry », dans Journal of the American Society for Mass Spectrometry, vol. 4, n^o 5, 1993, p. 367-371 (ISSN 1044-0305) [lien DOI]