Méthodes d'ionisation

Les méthodes d'ionisation convertissent les analytes neutres en ions en phase gazeuse, et le choix de la méthode détermine les molécules qu'un spectromètre de masse peut analyser.

Definition

Les méthodes d'ionisation sont les techniques utilisées dans la source d'ions d'un spectromètre de masse pour convertir les molécules ou atomes de l'échantillon en ions en phase gazeuse, nécessaires à l'analyse de masse.

Scope

Ce sujet aborde les sources d'ions utilisées en spectrométrie de masse : les méthodes « dures » (hard methods) telles que l'ionisation électronique qui fragmentent les molécules de manière reproductible, et les méthodes « douces » (soft methods) telles que l'ionisation chimique, l'électrospray, l'ionisation chimique à pression atmosphérique et la désorption laser assistée par matrice qui produisent des ions moléculaires intacts. Il décrit le fonctionnement de chaque méthode, les analytes auxquels elle convient et les conséquences pour les spectres résultants.

Core questions

• En quoi l'ionisation « dure » et l'ionisation « douce » diffèrent-elles dans les spectres qu'elles produisent ?
• Par quel mécanisme l'électrospray génère-t-il des ions multiplement chargés à partir d'une solution ?
• Comment la désorption laser assistée par matrice ionise-t-elle les molécules grandes et fragiles ?
• Comment une méthode d'ionisation est-elle adaptée à la volatilité, à la polarité et à la taille de l'analyte ?

Key theories

Ionisation par électrospray

La pulvérisation d'une solution d'analyte à travers une aiguille chargée produit de fines gouttelettes chargées qui rétrécissent par évaporation jusqu'à ce que des ions analytes intacts, souvent multiplement chargés, soient libérés en phase gazeuse, permettant ainsi à de très grandes molécules de se situer dans la gamme de rapport masse/charge d'un analyseur.

Ionisation par désorption laser assistée par matrice

La co-cristallisation de l'analyte avec une matrice absorbant la lumière et l'émission d'une impulsion laser ablent la matrice et transfèrent doucement les grandes molécules en phase gazeuse sous forme d'ions majoritairement monochargés, permettant l'analyse de masse des protéines et autres biopolymères.

Mechanisms

En ionisation « dure », des électrons énergétiques frappent les molécules vaporisées, arrachant un électron et induisant une fragmentation reproductible utile pour l'identification par bibliothèque. En ionisation « douce », le transfert d'énergie est doux : l'électrospray désolvate les gouttelettes chargées pour libérer des ions intacts de la solution, tandis que la désorption laser assistée par matrice utilise une matrice pour absorber l'énergie laser et élever de grandes molécules en phase gazeuse. Les ions formés passent ensuite à l'analyseur de masse.

Clinical relevance

Les sources d'ionisation « douces » sont ce qui rend la spectrométrie de masse essentielle à la protéomique, à la métabolomique et à l'analyse clinique et pharmaceutique des biomolécules et médicaments intacts, tandis que l'ionisation électronique demeure la base de l'identification reproductible par bibliothèque en chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse environnementale et forensique.

History

L'ionisation électronique a dominé les débuts de la spectrométrie de masse organique. Les années 1980 ont vu l'avènement de l'ionisation « douce » pratique : Fenn et ses collègues ont développé l'électrospray pour les grandes biomolécules, tandis que Karas et Hillenkamp ont introduit la désorption laser assistée par matrice, et Tanaka a démontré la désorption laser de protéines intactes. Ces avancées, récompensées par le prix Nobel de chimie en 2002, ont transformé le domaine.

Key figures

• John Fenn
• Franz Hillenkamp
• Michael Karas
• Koichi Tanaka

Seminal works

• fenn1989
• karas1988
• gross2017

Frequently asked questions

Quelle est la différence entre l'ionisation « dure » et l'ionisation « douce » ?

L'ionisation « dure », telle que l'ionisation électronique, dépose suffisamment d'énergie pour fragmenter les molécules en morceaux reproductibles utiles à l'identification, tandis que l'ionisation « douce » ajoute peu d'énergie et produit des ions moléculaires intacts, ce qui est essentiel pour les analytes grands ou fragiles.

Pourquoi l'électrospray produit-il des ions multiplement chargés ?

À mesure que les gouttelettes chargées s'évaporent, les grandes molécules peuvent porter plusieurs charges, ce qui abaisse leur rapport masse/charge dans la gamme mesurable, permettant aux analyseurs ordinaires de déterminer les masses de très grandes molécules.