Cours 2 - Spectrométrie de masse 1

Question 1

À quoi sert la spectrométrie de masse ?

Answer 1

La spectrométrie de masse est une méthode analytique très puissante qui permet de déterminer la masse moléculaire d’un composé, d’identifier sa structure, et de quantifier des substances présentes à l’état de traces.

Question 2

Quelles sont les applications biomédicales courantes de la spectrométrie de masse ?

Answer 2

Elle est utilisée pour détecter des biomarqueurs, caractériser des protéines, analyser les métabolites de médicaments, et suivre les changements métaboliques. Elle est clé en protéomique et métabolomique.

Question 3

Comment la spectrométrie de masse est-elle utilisée dans les aéroports ?

Answer 3

Elle permet l’identification rapide de substances illicites comme les explosifs ou drogues via des détecteurs portables utilisant la désorption thermique ou la nébulisation suivie d’une analyse MS.

Question 4

Pourquoi la spectrométrie de masse est-elle utile en pharmacocinétique ?

Answer 4

Elle permet de suivre la concentration d’un médicament et de ses métabolites dans le sang ou les tissus à différents temps avec une grande sensibilité, notamment via LC-MS/MS.

Question 5

Quel est l’intérêt de la spectrométrie de masse pour la caractérisation structurale ?

Answer 5

Elle permet de déterminer la composition exacte, d’identifier les fragments caractéristiques, et d’analyser les modifications post-traductionnelles, notamment dans les peptides et protéines.

Question 6

Quelles sont les étapes principales d’une analyse en spectrométrie de masse ?

Answer 6

Introduction de l’échantillon, ionisation, analyse des ions selon leur rapport m/z, et détection/interprétation du spectre.

Question 7

Quels types d’introduction d’échantillon sont utilisés ?

Answer 7

Infusion directe, ou après séparation par chromatographie en phase gazeuse (GC), liquide (HPLC), ou électrophorèse capillaire (CE).

Question 8

Quels sont les principaux types d’ionisation utilisés ?

Answer 8

Impact électronique (EI), ionisation chimique (CI), électrospray (ESI), désorption/ionisation laser assistée par matrice (MALDI), FAB/LSIMS.

Question 9

Quels types d’analyseurs d’ions sont utilisés ?

Answer 9

Quadripôle, trappe ionique, temps de vol (TOF), secteurs magnétiques, résonance cyclotronique ionique (FT-ICR).

Question 10

Quels détecteurs sont utilisés en MS ?

Answer 10

Multiplicateurs d’électrons, dynodes de conversion, détecteurs en plaques microcanaux (MCP).

Question 11

Qu’est-ce que la masse moyenne d’une molécule ?

Answer 11

La masse calculée à partir des masses atomiques moyennes tenant compte de la répartition naturelle des isotopes.

Question 12

Qu’est-ce que la masse nominale ?

Answer 12

La somme des nombres entiers de masse des isotopes majoritaires de chaque élément constituant la molécule.

Question 13

Qu’est-ce que la masse mono-isotopique ?

Answer 13

La somme des masses exactes des isotopes les plus abondants de chaque atome d’une molécule, utilisée à haute résolution.

Question 14

Que signifie le rapport m/z ?

Answer 14

C’est le rapport entre la masse d’un ion (m) et sa charge (z), mesuré en thomsons (Th) par le spectromètre.

Question 15

Pourquoi observe-t-on plusieurs pics m/z pour une même molécule ?

Answer 15

À cause de la présence d’isotopes naturels, générant une distribution isotopique autour du pic principal.

Question 16

Qu’est-ce qu’un isotope naturel ?

Answer 16

Une version d’un élément ayant le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons, donc une masse différente.

Question 17

Pourquoi l’abondance isotopique est-elle importante ?

Answer 17

Elle permet de prévoir le profil isotopique attendu dans un spectre, utile pour interpréter correctement les pics.

Question 18

Quels éléments sont dits monoisotopiques ?

Answer 18

Le fluor (F), le sodium (Na), le phosphore (P), car ils possèdent un seul isotope stable.

Question 19

Qu’est-ce qu’un profil isotopique ?

Answer 19

La distribution des intensités des pics associés aux différentes combinaisons d’isotopes dans une molécule.

Question 20

Comment prédit-on les abondances des pics isotopiques ?

Answer 20

En tenant compte du nombre d’atomes et de l’abondance naturelle de chaque isotope, notamment pour le carbone (M+1, M+2).

Question 21

Qu’est-ce que la résolution en spectrométrie de masse ?

Answer 21

C’est la capacité de l’instrument à distinguer deux ions de masses très proches. Plus la résolution est élevée, plus l’appareil peut séparer des composés ayant des différences de masse minimes.

Question 22

Pourquoi la haute résolution est-elle essentielle ?

Answer 22

Elle permet d’éviter la confusion entre des ions ayant des masses similaires mais des compositions différentes, ce qui améliore l’exactitude de l’identification et la confiance dans les résultats.

Question 23

Quels instruments offrent une haute résolution ?

Answer 23

Les analyseurs de type TOF, secteurs magnétiques ou FT-ICR permettent d’atteindre des résolutions très élevées (jusqu’à >100 000), ce qui est utile pour l’analyse précise de mélanges complexes.

Question 24

Quelle est la différence entre précision et résolution en MS ?

Answer 24

La précision réfère à la justesse de la mesure, tandis que la résolution concerne la finesse de la séparation entre deux pics proches dans le spectre.

Question 25

Comment la calibration améliore-t-elle la précision en MS ?

Answer 25

En utilisant des composés de référence de masse connue (interne ou externe), on corrige les dérives instrumentales et on obtient des valeurs plus justes, souvent avec des erreurs <5 ppm. *Meilleure calibration avec interne

Question 26

Quel est le principe de l’impact électronique ?

Answer 26

Une molécule en phase gazeuse est bombardée par un faisceau d’électrons à haute énergie (généralement 70 eV), ce qui arrache un électron et forme un ion moléculaire radicalaire, souvent instable.

Question 27

Quels types d’ions sont générés par EI ?

Answer 27

Le processus produit un ion moléculaire (M+·), puis des ions fragments caractéristiques (ions fils) par fragmentation de la molécule initiale.

Question 28

Quels composés sont analysables avec EI ?

Answer 28

Principalement les composés petits à moyens (<1000 Da), thermiquement stables et volatils, bien adaptés à la GC-MS.

Question 29

Quels sont les avantages de l’EI ?

Answer 29

Spectres riches et reproductibles, production d’ions fragments informatifs, base de données spectrales disponibles.

Question 30

Quels sont les inconvénients de l’EI ?

Answer 30

Fragmentation excessive rendant l’ion moléculaire difficile à observer. Moins adapté aux grosses molécules fragiles ou polaires.

Question 31

Quel est le principe de l’ionisation chimique (CI) ?

Answer 31

Une molécule neutre est ionisée par transfert de proton à partir d’un gaz réactif préalablement ionisé. Cela génère des ions de type [M+H]⁺ avec peu de fragmentation.

Question 32

Quels types d’ions observe-t-on en CI ?

Answer 32

Principalement des ions pseudo-moléculaires [M+H]⁺ ou [M-H]⁻, avec peu de fragments.

Question 33

Quels sont les avantages de la CI ?

Answer 33

Technique douce permettant l’obtention d’un ion pseudo-moléculaire stable, utile pour déterminer la masse moléculaire exacte.

Question 34

Quels sont les inconvénients de la CI ?

Answer 34

Nécessite un gaz réactif, produit peu d’informations structurales, généralement moins sensible.

Question 35

En quoi consiste l’ionisation par MALDI ?

Answer 35

Mélange de l’analyte avec une matrice, excitation par laser UV, transfert d’énergie vers l’analyte qui est désorbé et ionisé en phase gazeuse.

Question 36

Quels types de molécules sont bien analysées par MALDI ?

Answer 36

Peptides, protéines, polymères, sucres, macromolécules à haute masse.

Question 37

Quels sont les avantages du MALDI ?

Answer 37

Très douce, peu de fragmentation, très bonne sensibilité, permet l’analyse sans séparation préalable.

Question 38

Quels sont les inconvénients du MALDI ?

Answer 38

Variabilité due à la cristallisation matrice/analyte, difficulté d’analyse quantitative.

Question 39

Qu’est-ce que l’ionisation électrospray (ESI) ?

Answer 39

Méthode douce d’ionisation de molécules en solution par création d’un aérosol sous haute tension, suivi d’évaporation pour produire des ions en phase gazeuse.

Question 40

Quels sont les avantages de l’ESI ?

Answer 40

Compatible avec LC, adaptée aux biomolécules, produit des ions multichargés permettant l’analyse de grandes molécules avec des spectromètres à gamme limitée.

Question 41

Pourquoi les ions multichargés sont-ils avantageux en ESI ?

Answer 41

Parce qu’ils réduisent le rapport m/z, rendant les grosses molécules détectables dans des instruments ayant une gamme m/z limitée. Cela facilite aussi l’identification précise de la masse moléculaire.

Question 42

Quels sont les inconvénients de l’ESI ?

Answer 42

Elle est sensible aux contaminants et aux sels, qui peuvent interférer avec l’ionisation. De plus, les mélanges trop complexes nécessitent souvent une séparation préalable.

Question 43

Qu’est-ce que FAB (Fast Atom Bombardment) ?

Answer 43

FAB est une technique où l’analyte est dissous dans une matrice liquide et bombardé avec des atomes rapides pour provoquer l’ionisation.

Question 44

Quels types d’échantillons sont adaptés au FAB ?

Answer 44

Des composés peu volatils, thermosensibles ou polaires, comme les peptides, sucres, et nucléotides, qui ne peuvent pas être analysés efficacement par EI ou CI.

Question 45

Quels sont les avantages du FAB ?

Answer 45

Il permet d’ioniser des molécules non volatiles ou peu solubles sans les dégrader, et génère souvent des ions pseudo-moléculaires, facilitant l’identification de la masse.

Question 46

Quels sont les inconvénients du FAB ?

Answer 46

La méthode est peu sensible, nécessite une matrice qui peut produire du bruit de fond, et est moins adaptée aux échantillons complexes sans purification préalable.

Question 47

Qu’est-ce que LSIMS ?

Answer 47

Low-Energy Secondary Ion Mass Spectrometry est une variante du FAB utilisant des ions secondaires produits par bombardement à faible énergie, utile pour l’analyse de surfaces ou d’échantillons solides.

Question 48

Quelle est la principale différence entre EI et ESI ?

Answer 48

EI est une ionisation en phase gazeuse par impact électronique, adaptée aux petites molécules volatiles. ESI est une ionisation en phase liquide, douce, adaptée aux biomolécules et couplée aux techniques LC.

Question 49

Pourquoi combine-t-on LC avec ESI-MS ?

Answer 49

Parce que la chromatographie liquide permet de séparer les composés d’un mélange complexe avant leur détection par ESI-MS, ce qui améliore la sélectivité et la sensibilité.

Question 50

Quelle est la particularité de MALDI comparée à ESI ?

Answer 50

MALDI produit principalement des ions monovalents (z = +1), tandis que ESI peut générer des ions multichargés, ce qui permet d’analyser de très grosses molécules même avec des analyseurs à gamme m/z limitée.

Question 51

Comment choisit-on une méthode d’ionisation ?

Answer 51

Le choix dépend de la nature de l’échantillon, de la masse de la molécule, de la matrice, de la compatibilité avec la séparation préalable, et du type de spectromètre utilisé.

Question 52

Quelles méthodes sont adaptées aux grandes biomolécules ?

Answer 52

MALDI et ESI sont les deux principales méthodes douces qui permettent d’analyser des protéines, peptides et acides nucléiques sans les fragmenter.

Question 53

Pourquoi MALDI est-elle utilisée en imagerie de tissus ?

Answer 53

Parce qu’elle permet une ionisation localisée directement sur les coupes de tissus, facilitant la cartographie de la distribution spatiale des molécules d’intérêt.

Question 54

Pourquoi la compatibilité avec LC est-elle un critère important ?

Answer 54

Parce que l’analyse de mélanges complexes nécessite une séparation préalable. L’ESI est compatible avec les sorties LC-MS, permettant une analyse continue et automatisée.

Question 55

Qu’est-ce qu’un ion pseudo-moléculaire ?

Answer 55

C’est un ion dont la masse correspond presque à celle de la molécule intacte, mais qui a gagné ou perdu un proton (ex. : [M+H]⁺ ou [M–H]⁻).

Question 56

Quels sont les avantages des ions multichargés ?

Answer 56

Ils réduisent la valeur du m/z, permettant d’analyser de grosses molécules dans un spectre de masse restreint, et facilitent la désambigüisation de composés de masses similaires.

Question 57

Pourquoi la spectrométrie de masse est-elle si largement utilisée en biologie ?

Answer 57

Elle permet d’analyser les protéines, métabolites, acides nucléiques et lipides avec une grande sensibilité, spécificité, et souvent sans besoin de marquage préalable.

Question 58

Quels spectromètres sont généralement utilisés pour les analyses de haute précision ?

Answer 58

Les spectromètres de type TOF, Orbitrap et FT-ICR sont privilégiés pour leur résolution élevée et leur précision massique exceptionnelle.

Question 59

Quel est l’impact des sels et contaminants dans ESI-MS ?

Answer 59

Ils peuvent former des adduits, interférer avec l’ionisation des analytes, ou générer des pics de bruit, réduisant la sensibilité et la clarté du spectre.

Question 60

Pourquoi les techniques d’ionisation douces sont-elles importantes ?

Answer 60

Elles préservent l’intégrité de molécules fragiles, comme les protéines ou les polysaccharides, en permettant leur détection sans fragmentation.