La spectrométrie de masse est une technique d'analyse de la matière en fonction de la masse de ses constituants : particules subatomiques, atomes, molécules, macromolécules biologiques ou non, agrégats, etc. Elle offre trois fonctions principales : la séparation des constituants atomiques ou moléculaires, la mesure de leur abondance relative et la mesure précise des masses atomiques ou moléculaires. Contrairement à ce qui se passe à l'échelle macroscopique, où la gravitation sert à déterminer la masse des objets, à l'échelle atomique, c'est la masse inertielle qui est déterminée à travers un processus dynamique.
La matière à analyser est injectée, à l'aide d'un système d'introduction, dans le vide poussé de l'appareil où la source d'ions la transforme en particules électriquement chargées : les ions. Ces derniers sont analysés en masse, à l'aide d'un système analyseur qui met en jeu des combinaisons de champs électromagnétiques. Les ions transmis par le dispositif sont détectés, comptés, voire identifiés, à l'aide d'un détecteur. Un ordinateur pilote l'appareil, effectue l'acquisition des données réduites sous forme de spectres de masse qu'il permet d'analyser. Les performances d'un spectromètre de masse se caractérisent par sa limite en masse – la masse la plus élevée qu'il est capable d'analyser –, son pouvoir de résolution – son aptitude à séparer des ions de masses voisines – et sa sensibilité – la plus petite quantité de matière qu'il peut détecter (≤10—15 g). Lorsqu'il s'agit de mesurer la masse atomique ou moléculaire, il est caractérisé par sa justesse.
1. Historique
Apparue au début du xxe siècle, la spectrométrie de masse a apporté des éléments clés pour la compréhension du noyau atomique. Elle est issue de la découverte, par Eugen Goldstein en 1886, des rayons canaux dus aux ions positifs et de leur analyse par un champ magnétique, par Wilhelm Wien en 1898. En 1912, Joseph John Thomson obtient des spectres de masses de plusieurs composés gazeux : N2, O2, CO, CO2
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