Explication détaillée de la mission 2  : “Le Mystère des Pics Confondus

Mission 2 : Identifier deux composés co-élués en CPG/MS en déterminant leurs masses moléculaires

Contexte :

Vous travaillez dans un laboratoire d'analyse environnementale. Vous devez identifier deux polluants organiques volatils présents dans un échantillon d'eau. Malheureusement, ces deux composés possèdent  des propriétés physico-chimiques très proches et co-éluent lors de l'analyse GC/MS. La recherche en bibliothèque sur le spectre de masse qui a été obtenu ne donne aucun résultat pertinent.

Objectif :

Votre objectif était d’Identifier deux composés co-élués en CPG/MS en déterminant leurs masses moléculaires.

Stratégie d'analyse :

La co-élution en chromatographie en phase gazeuse (GC)  est un défi pour l'identification des composés en spectrométrie de masse (MS). En effet, en cas de co-élution, les spectres de masse obtenus sont la combinaison des spectres de masse des deux composés, rendant la recherche en bibliothèque inefficace puisque la somme des deux spectres ne correspond à aucun des spectres de la bibliothèque. Pour résoudre ce problème, il faut soit améliorer la séparation et séparer les composés ou trouver un moyen autre qu’une recherche en bibliothèque de spectres. Dans cette mission, on demandait de ne pas modifier la chromatographie, pour obtenir des informations structurales supplémentaires. Il fallait trouver un moyen de  déterminer les masses moléculaires de chacun des composés co-élués.

Choix du mode d'introduction :

Pour analyser les composés volatils d'un échantillon, la chromatographie en phase gazeuse (GC) est la technique idéale. Elle permet de séparer les différents composés du mélange en fonction de leurs propriétés physico-chimiques (volatilité, polarité, etc.). Mais il arrive d’avoir malgré tout d’avoir des coélutions entre 2 ou plusieurs composés. Il n’y avait pas de mystère pour le mode d’introduction de cette mission puisque dans l’énoncé, on parlait déjà de chromatographie en phase gazeuse.

Choix de la source d'ionisation :

Pour ioniser les molécules séparées par la GC et obtenir des informations structurales, le choix de la source d'ionisation est important. Deux sources principales sont utilisées pour le couplage GC masse.

●      La source d’ionisation électronique ou source à impacte électronique. C'est une technique d'ionisation "dure" qui provoque une fragmentation importante des molécules. Il arrive souvent d'avoir une fragmentation telle que l’on observe même l’ion moléculaire. Le rapport masse sur charge de l’ion qui correspond à la masse moléculaire de la molécule.

●      La source à ionisation Ionisation Chimique est une méthode d'ionisation douce qui, contrairement à l'ionisation électronique (EI), produit principalement l'ion moléculaire. [M+H]+. Nous avons plus ou moins des fragmentations selon le choix du gaz pour réaliser l’ionisation chimique. -élués.

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Puisque l'ionisation Chimique est une technique d'ionisation "douce" qui induit moins de fragmentation que l'ionisation électronique et permet ainsi de voir la masse des ions correspondants des deux molécules co-éluées. Attention dans ce cas, nous n’observons pas un radical cation comme en ionisation électronique des cations en mode positif avec un adduit qui est souvent l’adduit avec un proton. Il faudra donc soustraire la masse de ce proton pour obtenir la masse moléculaire.

Choix de l'analyseur :

Le choix de l'analyseur dépend non seulement des besoins de l'analyse, mais aussi du budget disponible. Dans cette mission, le nombre de points dont vous disposez ne vous permet pas de choisir un analyseur de haute résolution. Vous devez donc choisir entre ces deux options :

●      Quadripôle (carte A1) : C'est un analyseur compact et relativement peu coûteux par rapport aux autres analyseurs. Il offre une bonne sensibilité et une résolution suffisante pour l'analyse de mélanges complexes.

●      Trappe d'ions (carte A2) : Plus polyvalent qu'un quadripôle, il permet de réaliser des expériences de MSn pour obtenir des informations structurales supplémentaires si nécessaire.

Choix du mode de balayage :

Il fallait choisir le mode de balayage “Full scan” : Le mode full scan permet d'enregistrer l'ensemble des ions produits dans la source d'ionisation, ce qui est essentiel pour identifier les deux polluants organiques.

Choix du traitement de données :

Une fois les données acquises, il faut les traiter pour identifier les composés présents dans l'échantillon. La première chose que nous devons obtenir est le spectre de masse des composés à leur temps de rétention. Pour cela, à partir du courant ionique (TIC), il faut cliquer sur le pic chromatographique d’intérêt et ainsi afficher le spectre de masse correspondant (Carte D5). On voit ainsi les rapports m sur z de chacun des polluants organiques. On peut ensuite tracer deux chromatogrammes correspondant à chacune des molécules (bien sûr cela ne sert à rien si les deux molécules sont isobares.. c'est-à dire possèdent exactement la même masse). C’est ce que l’on appelle un Chromatogramme des Ions Extraits (EIC ou XIC) (Carte D2).

Cette technique permet de visualiser sélectivement les composés d'intérêt et de les différencier des autres composés présents dans le mélange.

Conclusion :

En combinant la CPG avec  l’ionisation chimique,  un analyseur quadripolaire ou une trappe d'ions, le mode de balayage Full Scan et le traitement des données par EIC, il est possible de déterminer leurs masses moléculaires et de distinguer les signaux des deux composés co-élués.

Choix des cartes :

●      Mode d'introduction : Carte I1 (GC)

●      Source d'ionisation : Carte S2 (Ionisation chimique (IC))

●      Analyseur : Carte A1 (Quadripôle) ou A2 (Trappes d'ions - 2D/3D)

●      Mode de balayage : Carte B1 (Full Scan)

●      Traitement de données : Carte D5 (Du TIC au spectre MS) puis D2 (Chromatogramme des Ions Extraits (EIC ou XIC))