La spectrométrie de masse en couplage avec la chromatographie en phase gazeuse

211 pages

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La spectrométrie de masse en couplage avec la chromatographie en phase gazeuse , livre ebook

Tec & Doc - Editions Lavoisier - Stéphane Bouchonnet

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Description

Premier ouvrage spécifiquement consacré à ce couplage, La spectrométrie de masse en couplage avec la chromatographie en phase gazeuse se différencie des autres publications scientifiques dédiées à la spectrométrie de masse en abordant la technologie avec une réelle volonté didactique.
Ce manuel propose une démarche ancrée dans la pratique et offre des atouts décisifs pour gagner en temps et en qualité :

une approche simple et précise du principe de fonctionnement des spectromètres de masse utilisés en couplage GC-MS, avec un minimum d'équations mathématiques ,
un comparatif des différents types de sources, d'analyseurs et de détecteurs ,
une mise en avant des aspects pratiques tels que la stratégie de mise au point d'une méthode de dosage ou l'utilisation d'une bibliothèque de spectres ,
un inventaire des problèmes et des "pièges" habituellement rencontrés par les utilisateurs de couplage GC-MS ,
un recueil des erreurs les plus communément commises et les solutions claires pour s'en affranchir.

Ces conseils sont illustrés par de nombreux exemples choisis dans des domaines aussi divers que la toxicologie ou l'analyse environnementale avec toujours un double objectif pour les utilisateurs :

leur permettre de tirer rapidement le meilleur parti de leur spectromètre de masse ,
les assister dans la détermination du matériel et des méthodes les plus appropriés à un contexte analytique donné (identification structurale, dosages multi-résidus, détermination de composés à l'état de traces en matrices complexes, etc.).

Abréviations. Introduction.
CHAPITRE 1. Notions de chromatographie en phase gazeuse. Généralités. Le chromatographe en phase gazeuse. La "fast chromatography". Les techniques de chromatographie multidimensionnelle. Références bibliographiques.
CHAPITRE 2. Introduction à la spectrométrie de masse. Généralités. Éléments constitutifs d'un spectromètre de masse. Le vide. Les détecteurs. Références bibliographiques.
CHAPITRE 3. Production des ions en couplage GC-MS. Les sources. Définitions et généralités. Ionisation électronique. Ionisation chimique. Références bibliographiques.
CHAPITRE 4. Séparation des ions. Les analyseurs. Généralités. Caractéristiques techniques d'un analyseur. Quadripôles. Trappes ioniques. Analyseurs à temps de vol. Analyseurs à secteur magnétique. Références bibliographiques.
CHAPITRE 5. Modes d'acquisition en GC-MS. Définitions. Analyses en balayage ou "fullscan". Analyses en "SIM", "SIR" et "SIS". Analyses en tandem (MS/MS). Références bibliographiques.
CHAPITRE 6. Comparaison des performances des analyseurs quadripolaires. Critères de choix d'un analyseur. Critères de comparaison. Répétabilité spectrale-autoprotonation. Fonctions réponses et limites de détection. Profils chromatographiques. Maintenance et robustesse. Choix d'un analyseur quadripolaire. Références bibliographiques.
CHAPITRE 7. Quantification par GC-MS. Avant-propos. Quantification par étalonnage externe. Quantification par étalonnage interne. Validation de méthode. Références bibliographiques.
CHAPITRE 8. Bases de données en GC-MS. Les limites de l'interprétation de spectres. Bases de données. Algorithme de recherche. Affichage des résultats. Paramètres de recherche en bases de données. Bases de données et interprétation de spectres. Autres usages des bases de données.
Références bibliographiques.
Liste des figures.
Liste des tableaux.
Index.

Informations

Publié par	Tec & Doc - Editions Lavoisier
Date de parution	09 septembre 2009
Nombre de lectures	112
EAN13	9782743016685
Licence :	Tous droits réservés
Langue	Français
Poids de l'ouvrage	5 Mo

Informations légales : prix de location à la page 0,2550€. Cette information est donnée uniquement à titre indicatif conformément à la législation en vigueur.

Extrait

La spectrométrie de masse en couplage avec la chromatographie en phase gazeuse

Stéphane Bouchonnet IngénieurdeRecherche Écolepolytechnique Enseignantenchimie

11, rue Lavoisier 75008 Paris

Chez le même éditeur

Labo-Stat – Guide de validation des méthodes d’analyses M. Feinberg, 2009

Chimie analytique et équilibres ioniques J.-L. Burgot, 2006

Chimie analytique en solution Principes et applications J.-L.Brisset, A. Addou, M. Draoui, D. Moussa, F. Abdelmalek, 2005

Cinétique hétérogène M. Soustelle Volume 1 : Modélisation des mécanismes, 2006 Volume 2 : Mécanismes et lois cinétiques, 2006 Volume 3 : Mécanismes et réactivité, 2006 Volume 4 : Exercices et problèmes résolus, 2007

Éléments de cinétique et de catalyse e B. Frémaux, 2 éd. 1998

Cinétique et catalyse Génie des procédés de l’École de Nancy G. Scacchi, M. Bouchy, J.-F. Foucaut, O. Zahraa, 1996

DAN GER LE PHOTOCOPILLAGE

TUE LE LIVRE

Toute reproduction ou représentation intégrale ou partielle, par quelque procédé que ce soit, des pages publiées dans le présent ouvrage, faite sans l’autorisation de l'édi teur ou du Centre français d’exploitation du droit de copie (20, rue des Grands-Augustins - 75006 Paris), est illicite et constitue une contrefaçon. Seules sont autorisées, d’une part, les reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective, et, d’autre part, les analyses et courtes citations justifiées par le caractère scientifique ou d’information de l’œuvre er dans laquelle elles sont incorporées (Loi du 1 -juillet 1992 - art. L 122-4 et L 122-5 et Code pénal art. 425).

Remerciements

À tous ceux à qui je dois d’avoir appris ce que j’essaie de transmettre à mon tour dans ce livre : Monsieur Guy Bouchoux, mon professeur à l’université d’Orsay, qui m’a fait découvrir la spectrométrie de masse ; Madame Yannik Hoppiliard, ma directrice de thèse à l’École polytechnique, qui m’a initié à la recherche ; Monsieur Jean-Claude Tabet qui m’a accueilli en stage post-doctoral dans son laboratoire de l’université Pierre et Marie Curie ; Monsieur Henry Édouard Audier, ancien directeur du laboratoire des méca-nismes réactionnels de l’École polytechnique, qui m’a offert le poste d’ingé-nieur de recherche que j’occupe aujourd’hui ; Monsieur Gilles Ohanessian, actuel directeur du laboratoire des mécanismes réactionnels de l’École polytechnique, qui m’a permis de consacrer une partie de mon temps de travail à la rédaction de cet ouvrage. À mes collègues et amis, Delphine Brulé et Christian Malosse, pour leur relecture de ce manuscrit. À celles et ceux avec qui j’ai eu tant de plaisir à collaborer au cours de mes recherches et en particulier Ivan Ricordel, directeur du laboratoire de toxi-cologie de la Préfecture de Police de Paris, Christian Staub, directeur de l’Institut de médecine légale de Genève et Marie-Agnès Popot, directrice de recherches au laboratoire des courses hippiques de Verrières-le-Buisson. À celles et ceux qui m’ont accordé leur confiance en me confiant des charges d’enseignement à l’université, en entreprises et au Palais de la Découverte, en particulier Françoise Fondère, Jean-Pierre Benoît, Marie Christine Schermann, Josette Brun, Jean Maurice Bechet, Jean-Michel Lefour et Sokunthea Thlang. © Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit

La spectrométrie de masse en couplage avec la chromatographie en phase gazeuse

À mes anciens thésards devenus amis, Said Kinani, Danielle Libong, Cyril Colas et Stéphane Pirnay, ainsi qu’à tous les étudiants, étudiants de masters de chimie ou de biochimie, ingénieurs, normaliens ou pharmaciens, que j’ai eu tant de joie à accueillir dans ma petite équipe de recherche. En plus d’avoir animé le quotidien du laboratoire, ils ont largement contribué aux expériences citées en exemple dans cet ouvrage. Ils sont si nombreux qu’il est impossible de les citer tous et je les prie de m’en excuser. Bonne route à tous, Angèle, Marie, Isa, Jonathan, Cyril… À tous mes collègues du laboratoire des Mécanismes réactionnels de l’École polytechnique.

Abréviations

ASEaccelerated solvent extraction: extraction accélérée par solvants BSA N,Obis(triméthylsilyl)acétamide BSTFA N,Obis(triméthylsilyl)trifluoroacétamide CASchemical abstract service CIchemical ionization: ionisation chimique CV coefficient de variation ECDelectron capture detector: détecteur à capture d’électrons EIelectroionization: ionisation électronique FIDflamme ionization detector: détecteur à ionisation de flamme GCgas chromatography: chromatographie en phase gazeuse GCMSgas chromatography – mass spectrometry : chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse HPLChigh performance liquid chromatographychromatographie en : phase liquide à hautes performances ICRionic cyclotronic resonance: résonance cyclotronique ionique LCliquid chromatography : chromatographie en phase liquide (idem HPLC) LCMSliquid chromatography – mass spectrometry : chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse LODlimit of detection: limite de détection LOQlimit of quantitation: limite de quantification LSDlysergic diethylamide acid: acide lysergique diéthylamide MRMmultiple reaction monitoring MSmass spectrometry: spectrométrie de masse MS/MS spectrométrie de masse en tandem © Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit

La spectrométrie de masse en couplage avec la chromatographie en phase gazeuse

MSTFA NPD

PM PPB PSI SIM SIR SIS SPE SPME SRM TMCS TMSDEA TMSI TOF TQ u.m.a.

NméthylNtriméthylsilyltrifluoroacétamide nitrogen phosphorus detector: détecteur spécifique de l’azote et du phosphore poids moléculaire part per billion : partie par million pound per square inch: livre par pouce carré (unité de pression) selected ion monitoring selected ion recording selected ion storage solid phase extraction: extraction sur phase solide solid phase micro extraction: microextraction sur phase solide selected reaction monitoring triméthylchlorosilane N,Ndiéthyltriméthylsilylamine Ntriméthylsilylimidazole time of flight: temps de vol triple quadripôle

unité de masse atomique

Table des matières

Abréviations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Chapitre 1

Notions de chromatographie en phase gazeuse

1. Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1. Principe général de la chromatographie en phase gazeuse . . . . . . . . . . 5 1.2. Molécules analysables par chromatographie en phase gazeuse . . . . . . . 6 1.3. GCMS versus LCMS6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4. Dérivation chimique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.4.1. Silylation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.4.2. Méthylation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.4.3. Estérification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.4.4. Acétylation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2. Le chromatographe en phase gazeuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1. L’injecteur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1.1. Gaz vecteur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1.2. Débit gazeux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.1.3. Injection avec division de flux (mode «split»)11. . . . . . . . . . . . . . . 2.1.4. Injection sans division de flux (mode «splitless»). . . . . . . . . . . . 12 2.1.5. Injection en mode «on column» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.1.6. Injecteur de Ross13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Le four et la colonne capillaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2.1. Constitution d’une colonne capillaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2.2.Conditionnement des colonnes capillaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 © Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit

VIIILa spectrométrie de masse en couplage avec la chromatographie en phase gazeuse

2.2.3.Géométrie d’une colonne capillaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.4.Programmation en température du four. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.3. La ligne de transfert. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3. La «fast chromatography. . . . . . . . . . . . » . 19. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Définitions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19. . . . . . . . . . . . . . 3.2. Mise en œuvre de lafast chromatography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.3. Fast GC et appareillage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4. Les techniques de chromatographie multidimensionnelle . . . . . . . . . . . . . . 22 4.1. La « comprehensive GC » ou « GC×GC »22. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2. La chromatographie bidimensionnelle ou « GCGC ». . . . . . . . . . . . . . . 23 4.3. Applications des techniques de chromatographie multidimensionnelle25. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Références bibliographiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Chapitre 2 Introduction à la spectrométrie de masse – Généralités

5. Éléments constitutifs d’un spectromètre de masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 6. Le vide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 6.1. Pourquoi travailler sous vide ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 6.2. Systèmes de pompage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 6.3. Conséquences du vide. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 6.4. Délai d’acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 7. Les détecteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 7.1. Les multiplicateurs d’électrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 7.2. Les galettes de microcanaux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 7.3. Détection hors axe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 7.4. Traitement du signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Références bibliographiques. . . . . . . . . . . . . 38. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Chapitre 3 Production des ions en couplage GCMS – Les sources

1. Définitions et généralités. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2. Ionisation électronique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.1. Principe de l’ionisation électronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.2. Énergie interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.2.1. Notion d’énergie interne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.2.2.Distribution de l’énergie interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.3. Rendement d’ionisation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.4. Limites de l’ionisation électronique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3. Ionisation chimique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.1. Ionisation chimique positive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.1.1. Principe de l’ionisation chimique positive47. . . . . . . . . . . . . . . . . . .