La quantification en spectrométrie de masse triple...

La quantification en spectrométrie de masse triple

quadripôles

Gilles Valette

Plate forme d’analyse et de caractérisation: PAC

• 1 ‐ Diffraction X / Diffusion X / Fluorescence X• 2‐ Spectrométrie infrarouge et RAMAN• 3 ‐ Calorimétrie et analyses thermiques• 4 ‐ Spectrométrie Mössbauer• 5 ‐ Spectrométrie de photoélectrons• 6 ‐Magnétisme, résonance paramagnétique électronique• 7 ‐Microscopies électronique et en champ proche• 8 ‐ Analyses texturales et propriété de surface• 9 ‐ Résonance magnétique nucléaire ‐ liquide et solide• 10 ‐ Analyses élémentaires, mesures chiroptiques• 11 ‐ Spectrométrie de masse

2A quoi sert la spectrométrie de masse triple quadripolaire ?

Plate forme d’analyse et de caractérisation: PAC

• 1 ‐ Diffraction X / Diffusion X / Fluorescence X• 2‐ Spectrométrie infrarouge et RAMAN• 3 ‐ Calorimétrie et analyses thermiques• 4 ‐ Spectrométrie Mössbauer• 5 ‐ Spectrométrie de photoélectrons• 6 ‐Magnétisme, résonance paramagnétique électronique• 7 ‐Microscopies électronique et en champ proche• 8 ‐ Analyses texturales et propriété de surface• 9 ‐ Résonance magnétique nucléaire ‐ liquide et solide• 10 ‐ Analyses élémentaires, mesures chiroptiques• 11 ‐ Spectrométrie de masse

3A quoi sert la spectrométrie de masse triple quadripolaire ?

A quoi sert la spectrométrie de masse triple quadripolaire ?

4Nacelle 11: Spectrométrie de masse6 appareils

Nacelle 10: Analyses élémentaires, mesures

chiroptiques‐ Dichroisme circulaire – 2 Analyseurs CHNSO

‐ Polarimètre

Nacelle 9:

RMN liquide‐ 600‐ 500

‐3 x 400

Le Laboratoire de Mesures Physiques – Bâtiment 17 RdC

Karine ParraAurélien Lebrun

Magalie Lefeuvre

Guillaume CazalsGilles Valette

A quoi sert la spectrométrie de masse triple quadripolaire ?

5Nacelle 11: Spectrométrie de masse6 appareils

Nacelle 10: Analyses élémentaires, mesures

chiroptiques‐ Dichroisme circulaire – 2 Analyseurs CHNSO

‐ Polarimètre

Nacelle 9:

RMN liquide‐ 600‐ 500

‐3 x 400

Le Laboratoire de Mesures Physiques – Bâtiment 17 RdC

Karine ParraAurélien Lebrun

Magalie Lefeuvre

Guillaume CazalsGilles Valette

Nacelle11 : Spectrométrie de Masse

A quoi sert la spectrométrie de masse triple quadripolaire ? 6

Synapt G2S‐ Sources ESI, ASAP‐ Analyseurs Q‐Tof‐MS et HRMS

‐MSMS‐Mobilité ionique

Analyses structurales

Amazon Speed‐ Source ESI

‐ Analyseur trappe d’ion‐MS

‐MSn (n = 11)Analyses

structurales

RapifleX– Source MALDI‐ Analyseur: TOF

‐MS, MSMS, HRMS et imagerieAnalyses

structurales et imagerie

GCMS: FOCUS‐ Source EI

‐ Analyseur : Q‐MS

Analyses qualitatives

(bibliothèques de spectres) et quantitatives

Nacelle11 : Spectrométrie de Masse


TSQ Quantum Ultra‐ Source ESI

‐ Analyseurs TQ‐MS et MSMS

‐ Analyse en mode SIM ou MRM

Analyses Quantitatives

8050‐ Source ESI

‐ Analyseur TQ‐MS et MSMS

‐ Analyse en mode SIM ou MRM

Analyses Quantitatives

La spectrométrie de masse : Nobélisée


Dr FennESi

Dr TanakaMALDI

Prix Nobel de Chimie en 2002

Rappel sur la spectrométrie de masse


Définition:

La spectrométrie de masse est une technique physique d’analyse permettant de détecter et

d'identifier des molécules d’intérêt par mesure de leur masse, et de caractériser leur structure

chimique grâce à leur fragmentation. Son principe réside dans la séparation en phase gazeuse

de molécules chargées (ions) en fonction de leur rapport masse/charge (m/z). C’est une

balance moléculaire. Elle est utilisée dans pratiquement tous les domaines scientifiques :

physique, astrophysique, chimie en phase gazeuse, chimie organique, dosages, biologie,

médecine ...

Schéma d’un spectromètre de masse


Source Analyseur Détecteur Enregistreur

Création des ions à l’état gazeux

(ESI; MALDI; EI; FAB, … )

Séparation des ions en fonction

du rapport masse/charge (Quadripôles, trappe d’ion,

temps de vol, …)

Comptages des ions

Traitement informatique –Visualisation des

spectres

Source de type ESI (electrospray)

• Mode d’ionisation douce: pas de fragmentation en source

• Formation d’ion multichargé: [M+nH]n+/n ; [M‐nH]n‐/n ; …

• pas besoin d’analyseur ayant une gamme de masse étendue:

compatible avec les analyseurs de type quadripôles;

• Nécessite la mise en solution des échantillons : permet le couplage

direct de la chromatographie liquide ou l’électrophorèse capillaire


Analyseur de type quadripôle (1)


• Un quadripôle est constitué de 4 électrodes métalliques parallèles raccordées électriquement 2 à 2, de section idéalement hyperbolique.

• La stabilité des ions dans le quadripôle dépend des paramètres U et V.

Analyseur de type quadripôle (2)


Selon les valeurs de U et de V, certains ions adoptent des trajectoires stables et peuvent êtres détectés, d’autres vont mourir sur les barres du quadripôles.

Avantage de l’analyseur quadripolaire

• Le contrôle de U et de V est aisée et permet une grande vitesse de

balayage;

• Le passage de l’ionisation positive à négative (et l’inverse) est aisée et

peut être pulsé;

• Appareils peu couteux.


Spectromètre de masse simple Quad

• 2 modes d’utilisation:

‐ Full scan

‐mode SIM (single Ion monitoring)



• Mode: full scan


Full scan: l’analyseur est scanné de manière séquentielle pour qu’un seul rapport m/z à la fois arrive au détecteur


• Mode SIM


Un ion cible de rapport m/z donné est

recherché. Le mode SIM sur un quadripôle

permet d’obtenir la meilleure sensibilité pour la

quantification.

Problème dans les matrices complexes, il peut

y avoir des ions de même masses provenant de

ses matrices → manque de sélectivité

Spectromètre de mase MSMS

• Technique mise au point par Beynon et Cooks d’une part et Mac

Lafferty d’autre part,

• Constituée de 3 étapes :

sélection d’un ion à fragmenter;

Fragmentation de l’ion sélectionné;

Analyse des ions issus de la fragmentation.



• Trois catégories d’instruments:

La MS/MS dans l’espace (deux analyseurs séparés par une cellule de

collision tel que :TripleQ, Q‐ToF, …)

La MS/MS dans le temps (un seul analyseur tel que : trappe ionique,

FTICR)

Post‐Source Decay qui est une catégorie hybride des deux premières et

que l‘on retrouve sur les instruments de type maldi‐tof,



• Trois catégories d’instruments:

La MS/MS dans l’espace (deux analyseurs séparés par une cellule de

collision tel que :TripleQ, Q‐ToF, …);

La MS/MS dans le temps (un seul analyseur tel que : trappe ionique,

FTICR);

Post‐Source Decay qui est une catégorie hybride des deux premières et

que l‘on retrouve sur les instruments de type maldi‐tof.


Schéma général d’un spectromètre en tandem


Source Q1 Cellule de collision Q3 Détecteur Enregistreur

Formation des ions à l’état gazeux

Sélection de l’ion de masse

m/z

Fragmentation en ion fils

Séparation des ions en fonction du rapport m/z

Comptage des ions

Traitement et visualisation des spectres

La cellule de collision


ArQ1 Q3

Différents mode d’utilisation d’un TQ

• Le balayage des ions fragments (Product ion scan);

• Le balayage des ions parents (precursor ion scan);

• Le balayage en perte de neutre (neutral loss scan);

• La Multi reaction monitoring (MRM).


Le balayage des ions fragments

Permet d’identifier une substance inconnue dans un mélange complexe.


S Q1 Q2 Q3 D

M+

P1+

P2+

P3+

Le balayage des ions parents

Permet d’identifier une famille de molécule ayant une partie de leur structure similaire.


S Q1 Q2 Q3 D

M1+

F+M2+

M3+

Le balayage en perte de neutre

Permet d’identifier une famille de molécule ayant une partie de leur structure chimique similaire.


S Q1 Q2 Q3 D

M1+

M2+ ‐ nM2

+

M3+

M1+ ‐ n

M3+ ‐ n

Le mode Multi Reaction Monitoring (MRM).


S Q1 Q2 Q3 D

M+ P2+

Le mode Multi Reaction Monitoring (MRM).

Permet de quantifier simultanément de très nombreux composes.


S Q1 Q2 Q3 D

M+ P2+

La sélectivité en mode MRM




269 → 181



269 → 181

269 → 181

Sensibilité: Full scan, SIM et MRM


Détection de pesticides dans un extrait de sol en full scan




En mode SIM




En mode SIMEn mode MRM

SIM vsMRM


MRM : + sensible+ sélectif

L’étalonnage interne


• Réponse d’un TQ par toujours proportionnel

L’étalonnage interne


• Réponse d’un TQ par toujours proportionnel à la concentration de l’analyte cible

Nécessité d’un étalonnage interne

Principe de l’étalonnage interne

• Ajout en quantité parfaitement connue de l’étalon interne dans tous

les échantillons

• Le dosage se fait de façon relative: Signal du composé/Signal de

l’étalon en fonction du rapport des concentrations

[composé]/[l’étalon]


Propriété d’un bon étalon interne

Ne doit pas se trouver dans l’échantillon

Etre distinguables des analytes cibles

Avoir des propriétés physiques et chimiques proches

Idéalement: la molécule marquée au 13C, 15N ou 2H


La quantification en spectrométrie de masse triple...

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