A.T.E.M. Chimie


Les détecteurs Couplés

 

 Le couplage Chromatographie en Phase Gazeuse - Spectromètre de Masse a été réalisé dès 1957 (HOLMES & MORELL Appl. Spectrosc. 11, (1957), 86). Deux types de détecteurs de masse sont commercialisés.

Détecteur quadripôle : Le détecteur spatial
 

Les constituants du mélange boule noire séparés par le chromatographe pénètrent dans la chambre d’ionisation au sortir de la colonne.

Là ils entrent en collision avec un flux d’électrons flux. Cette collision provoque l'arrachage d'un électron à la molécule en formant un ion moléculaire radicalaire M+. boule violette. Cet ion moléculaire pouvant donner soit des espèces neutres et d'autres radicaux cations, soit des radicaux et des cations, soit se réarranger en d'autres radicaux cations. Les fragments neutres ne subissent aucune influence. Les cations formés sont focalisés et accélérés par les plaques de focalisation et entrent dans le quadripôle.

Ce mode de fragmentation s'appelle l'impact électronique.

Il en existe également : l'ionisation chimique qui utilise l'apport de gaz tels que le méthane, l'ammoniac (les plus couramment utilisés) l'éthane, l'isobutane ou de liquides comme le méthanol et l'eau pour aider à la fragmentation. Ce mode induit la formation d'adduits qui modifient les spectres de masse obtenus.

la photoionisation et l'ionisation thermique : ces deux derniers modes de fragmentation ne sont pas utilisés en chromatographie en phase gazeuse.

 

chambre d'ionisation
Dans le quadripôle, les cations sont séparés en fonction de leur rapport masse/charge (m/z) selon des trajectoires hélicoïdales définies par les équations de Mathieu. Ces équations permettent de définir une probabilité de trouver l'ion recherché dans toute région de l'espace :

http://mathworld.wolfram.com/MathieuDifferentialEquation.html Nouvelle fenetre
la chambre d'ionisation
 

Tout cation de masse supérieure à la limite de masse du quadripôle entrera en contact avec une des barres du quadripôle et sera transformé en molécule neutre et éliminé du système. A la sortie du quadripôle, les cations séparés sont accélérés par les plaques de post-accélération et déviés pour entrer en collision avec le channeltron. Ce dernier est une dynode continue où ils sont convertis en électrons. Ces électrons sont multipliés tout au long du channeltron. Le cation qui arrive ainsi avec une énergie de quelques centaines de eV va générer quelques dizaines d'électrons de beaucoup plus faible énergie, qui, par la différence de potentiel entre l’entrée et la fin de la dynode, génèrent en plusieurs fois un courant de 107 à 108 e-.
le quadripole
 (http://www.burle.com/cgi-bin/byteserver.pl/pdf/ChannelBook.pdf) Nouvelle fenetrele quadripôle
 
 Le tracé du chromatogramme est effectué par l'ordinateur en sommant les intensités des fragments à tout momentle channeltron
 le channeltron

 

 shéma quadripôle

 

Détecteur trappe ionique : Le détecteur temporel

 

shéma la gate La gate

 

Il est composé de trois électrodes : une d'entrée, une centrale et une de sortie. La tension appliquée aux deux électrodes externes (entrée et sortie) est constante tandis que celle appliquée à l'électrode centrale est une radiofréquence dont l'amplitude est variable. Il fonctionne sur le même principe que le quadripôle, hormis que ce qui se passe dans l'espace dans le quadripôle se passe ici dans le temps et en deux étapes.

Dans la première étape :

  • La gate est soumise à une tension positive ce qui permet l'entrée des électrons dans la trappe.
  • Les molécules  boule noire sorties de la colonne entrent en collision avec le flux d'électrons qui leurs arrachent un électrons formant ainsi l'ion radical moléculaire  M+ . Celui-ci évoluant seul ou par collision avec les électrons pour pour donner d'autres fragments cation .
  • La tension appliquée à l'électrode centrale est constante. Le champ magnétique au sein de la trappe est stable.


Les ions à l'intérieur de la trappe ont une trajectoire stable en forme de courbe de Lissajous.     

  http://www.mathcurve.com/courbes3d/lissajous3d/lissajous3d.shtml Nouvelle fenetre

Dans la seconde étape :

  • La gate est soumise à une tension négative ce qui ne permet plus l'entrée des électrons dans la trappe.
  • L'amplitude de la radiofréquence appliquée à l'électrode centrale augmente.

La trajectoire des ions  présents au sein de la trappe est déstabilisée, les cations sont éjectés vers le channeltron  le channeltron  selon leur rapport m/z.

 

Ces deux étapes sont réalisées dans un laps de temps extrêmement court, ce qui prend dans l'animation ci dessous plusieurs secondes ne prend en réalité que quelques millisecondes

 

shéma trappe

 

 Détecteur Infra-rouge :

Le couplage chromatographie en phase gazeuse-Spectromètre I.R.T.F. (Infra-Rouge à Transformée de Fourier) est décrit en 1973.
(KIZER Am. Lab. 5(6), (1973), 40).

 

Interféromètre 
 
 
faisceau I.R. non modifié faisceau I.R. interférence constructive faisceau I.R. interférence destructive 
faisceau I.R.
non modifié 
faisceau I.R.
interférence
constructive
 faisceau I.R.
interférence
destructive
  chambre de mesure
Interféromètre de Michelsonla chambre de mesure  

 

Le faisceau infra-rouge généré par la source est modifié par l'interféromètre de Michelson en un faisceau modulé présentant des interférences constructives et des interférences destructives. Lorsque le faisceau modulé pénètre dans la chambre de mesure, il est réfléchi par les parois de cette dernière qui sont recouvertes d'une fine couche d'or. La chambre de mesure est chauffée afin que les produits ne se condensent pas et ne se déposent pas au sortir de la colonne. Les produits séparés par le chromatographe balayent la chambre de mesure à la même vitesse linéaire que dans la colonne grâce à un apport de gaz vecteur supplémentaire. L'excitation des liaisons atomiques créée par le faisceau infra-rouge modifie celui-ci et l'interférogramme reçu par le détecteur est fonction des produits circulants dans la cellule de mesure. L'interférogramme est transformé par l'ordinateur en son spectre I.R. correspondant. Le tracé du chromatogramme est effectué par l'ordinateur en sommant les absorbances I.R. à tout instant.

 

Limite de détection : de l'ordre de 1 10-9 g