6 : La spectrométrie de masse
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Spectromètre de masse : On vaporise l'échantillon dans une chambre sous vide traversée par un faisceau d'électrons énergétiques. Ces électrons arrachent aux molécules de un à plusieurs électrons et brisent des liaisons. Ces ions et ces fragments ionisés sont accélérés par des électrodes et déviés par un champ magnétique vers un détecteur. À une valeur donnée du champ magnétique, uniquement les fragments ionisés avec le bon rapport masse/charge ( m/z) seront déviés vers le détecteur, les autres fragments entrant en collision avec les parois du tube.En faisant varier le champ magnétique, on peut enregistrer le spectre des fragments selon leur rapport m/z en fonction du champ magnétique. Le spectre ainsi enregistré renseigne donc sur la formule moléculaire de l'échantillon injecté. |
Le faisceau d'ions se déplace sous un vide poussé.
X(g) ® X+(g) + e-
On utilise des électroaimants de grande taille. Le signal provenant du détecteur électronique est enregistré pour être traité par ordinateur et reproduit par une imprimante graphique. m = masse de l'espèce, |
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Spectres : Chaque pic du spectre correspond à un rapport m/z particulier.Puisque la plupart des ions produits portent une seule charge, la valeur de m/z correspond à la masse moléculaire du fragment. Le spectre peut être enregistré sous forme de pics ou de barres. La surface sous les pics correspond à l'abondance relative de chaque fragment. De même, la hauteur des barres correspond à l'abondance relative. |
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Applications : |
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1 : Détermination de l'abondance relative des isotopes d'un élément et calcul de sa masse atomique relative. |
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Examinons le spectre en barres obtenu d'un échantillon de magnésium pur. On retrouve 3 signaux : à m/z = 24, abondance relative = 100; Somme des abondances relatives = 127,2. %24Mg = 100/127,2×100 = 78,6%; Masse atomique relative de Mg naturel : 78,6%×24 = 18,9 10,0%×25 = 2,5 11,3%×26 = 2,9 Somme = 24,3 u = MR. |
Les masses atomiques relatives des isotopes du magnésium employées ici sont des entiers arrondis des valeurs exactes beaucoup plus précises. Ainsi la masse atomique relative de 24Mg devrait être 23,98504 u. |
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2 : Aide à la détermination de la structure d'une molécule complexe par analyse des fragments obtenus. |
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Examinons le spectre en barres de la molécule de toluène (C7H8).
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À 92 m/z on trouve le fragment correspondant à l'ion M+. Il s'agit de la molécule ayant perdue un électron. À 91 m/z, on retrouve le fragment (M-1)+. Il s'agit de la molécule ayant perdue un proton (H) et un électron. À 93 m/z et 94 m/z, on retrouve des pics dus aux isotopes 13C et 2H, soient (m+1) et (m+2). |
Fragment (M-1)+
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Exercice : |
On trouvera la réponses au bas de la page. |
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No 1 : On a déterminé la composition centésimale d'un échantillon d'une molécule organique : C 60,0%, H 13,3%, O 26,7%.Sur le spectre de masse, on trouve le pic le plus élevé à 60 m/z et un pic important à 59 m/z. Quelle est la formule moléculaire de ce composé ? |
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No 2 : L’abondance des 5 isotopes du germanium naturel est :70Ge : 20% 71Ge : 27% 72Ge : 8% 73Ge : 37% 74Ge : 8%
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No 3 : D’après son spectre de masse présenté à droiteI. l'expression la plus correcte de la masse atomique relative de l'élément considéré est
II. Identifiez l'élément. |
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Courriel au professeur Claire Mathieu Conception : J.-Marc Gagnon Séminaire de Sherbrooke Sherbrooke (Québec) Canada 22 août 2000 |
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Réponses : No 1 : Formule brute = C3H8OLe pic M+ à 60 signifie que la masse molaire relative est de 60 g/mol. Formule moléculaire = C3H8O No 2 : cliquez pour solution.No 3 : I B; II Ne. |
MR = 90,5%×20 + 0,3%×21 + 9,2%×22 = 20,2 u |
Histoire de la spectrométrie de masse
(en anglais)Certains graphiques utilisés sur cette page proviennent du site :
